PTC 기본 지식

PTC는 Positive Temp Coefficient의 약자로, 일반적으로 큰 정의 온도 계수를 갖는 반도체 재료 또는 부품을 나타냅니다. 일반적으로 PTC를 언급할 때는 일반적으로 PTC 서미스터로 알려진 정온도 계수 서미스터를 지칭합니다. PTC 서미스터는 온도에 민감한 반도체 저항기의 일종으로, 온도가 특정 임계값(퀴리 온도)을 초과하면 온도 상승에 따라 저항이 급격히 증가합니다.

세라믹 재료는 일반적으로 높은 저항을 갖는 우수한 절연체로 사용됩니다. 세라믹 PTC 서미스터는 티탄산바륨을 베이스로 하고 다른 다결정 세라믹 재료를 도핑하여 저항이 낮고 반도체 특성이 우수한 제품입니다. 이는 결정의 격자점으로 더 높은 원자가를 갖는 화학 원소를 의도적으로 도핑함으로써 달성됩니다. 격자의 바륨 이온 또는 티탄산 이온의 일부는 더 높은 원자가 이온으로 대체되어 전기 전도도에 기여하는 일정 수의 자유 전자를 생성합니다.

PTC(정온도계수) 효과, 즉 저항이 급격히 증가하는 이유는 수많은 작은 미세결정으로 이루어진 물질의 조직에 있습니다. 입자 경계로 알려진 이러한 결정의 경계면에 장벽이 형성되어 전자가 인접한 영역으로 이동하는 것을 방해합니다. 결과적으로 저항이 높아지게 됩니다. 이 효과는 장벽 형성을 방지하고 전자가 자유롭게 흐르도록 하는 결정립계의 높은 유전 상수와 자발 분극 강도로 인해 저온에서 상쇄됩니다. 그러나 고온에서는 유전상수와 분극강도가 크게 감소하여 장벽과 저항이 급격히 증가하여 강한 PTC 효과를 나타냅니다.

중량 측정 및 혼합: 탄산바륨, 이산화티타늄 및 기타 첨가제와 같은 재료의 중량을 정확하게 측정하고 혼합하여 필요한 전기적 및 열적 특성을 얻습니다.

1. 습식 분쇄: 혼합물을 습식 분쇄하여 균일한 페이스트를 형성합니다.

2. 탈수 및 건조: 페이스트를 탈수 및 건조하여 과도한 수분을 제거합니다.

3. 건식 프레싱: 건조된 재료를 건식 프레싱하여 디스크, 직사각형, 링 또는 벌집 구조와 같은 다양한 모양으로 만듭니다.

4. 소결: 압착된 블랭크는 고온(약 1400도)에서 소결되어 세라믹 부품을 형성합니다.

5. 전극 적용: 세라믹 부품의 표면에 전극을 적용하여 전도성을 부여합니다.

6. 저항 정렬: 부품은 저항 값을 기준으로 분류하기 위해 저항 정렬을 거칩니다.

7. 와이어 본딩(Wire Bonding) : 최종 제품의 구조에 따라 부품을 연결하기 위해 와이어 본딩을 수행합니다.

8. 절연 캡슐화: 구성 요소는 보호를 위해 절연 재료로 둘러싸여 있습니다.

9. 조립: 구성 요소를 조립하고 필요한 경우 보호 케이스에 넣습니다.

10. 내전압 테스트: 조립된 PTC 서미스터는 전기적 안전성을 보장하기 위해 내전압 테스트를 거칩니다.

11. 저항 테스트: PTC 서미스터의 저항을 검사하여 성능을 확인합니다.

12. 최종 테스트: PTC 서미스터의 전반적인 기능을 평가하기 위해 종합적인 테스트가 수행됩니다.

13. 포장: 테스트를 거쳐 승인된 PTC 서미스터는 배송을 위해 포장됩니다.

14. 보관: 포장된 PTC 서미스터는 다양한 애플리케이션에 배포되거나 사용될 때까지 적절한 환경에 보관됩니다.

PTC 서미스터는 일반적으로 저항-온도(RT) 특성으로 알려진 저항과 온도 사이의 온도 의존적 ​​관계를 나타냅니다. RT 특성은 지정된 전압 하에서 온도에 대한 PTC 서미스터의 제로 전력 저항의 의존성을 설명합니다.

제로 전력 저항은 특정 온도에서 측정했을 때 PTC 서미스터의 저항 값을 말하며, 매우 낮은 인가 전력으로 전력 소모로 인한 저항 변화를 무시할 수 있습니다. 정격 영전력 저항은 주변 온도 25도에서 측정된 값을 나타냅니다.

 

 

 

• Rmin: 최소 저항

• Tmin: 온도(Rmin)

• Rtc: Rmin의 2배

• Tc:

RT 특성의 품질을 특징짓는 주요 매개변수는 RT 곡선의 가파른 정도를 반영하는 온도 계수( )입니다. 온도 계수( )가 높을수록 PTC 서미스터가 온도 변화에 더 민감하여 PTC 효과가 더욱 두드러진다는 것을 나타냅니다. 즉, 온도 계수가 높을수록 PTC 서미스터의 성능이 향상되고 수명이 길어집니다.

PTC 서미스터의 온도계수( )는 온도 변화에 따른 저항의 상대적 변화로 정의됩니다. 이는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다:=(log(R2) - log(R1)) / (T2 - T1)

일반적으로 T1은 Tc + 15 도, T2는 Tc + 25 도로 간주됩니다. 여기서 Tc는 PTC 서미스터의 퀴리 온도입니다.

 

VI 특성

 

전류-전압 특성 또는 간단히 VI 특성이라고도 하는 전압-전류(VI) 특성은 PTC 서미스터가 전기 부하 하에서 열 평형에 도달할 때 전압과 전류 간의 상호 의존성을 보여줍니다.

 

 

 

• Ik: 인가 전압 Vk에서의 작동 전류

• Ir: Vmax 인가 시 잔류 전류

• Vmax: 최대 전압

• VN: 정상 전압

• VD: 항복 전압

PTC 서미스터의 VI 특성은 일반적으로 세 가지 영역으로 나눌 수 있습니다.

선형 영역(0-Vk): 이 영역에서는 전압과 전류의 관계가 옴의 법칙을 따르며 큰 비선형 변화가 없습니다. PTC 서미스터는 저항에 눈에 띄는 변화가 없기 때문에 비작용 영역이라고도 합니다.

전이 영역(Vk-Vmax): 전이 또는 스위칭 영역으로 알려진 이 영역에서는 PTC 서미스터의 저항이 자체 발열로 인해 급격한 변화를 겪습니다. 전압이 증가하면 전류가 감소하여 PTC 서미스터가 낮은 저항 상태에서 높은 저항 상태로 전환됩니다. 이 영역을 작업 영역이라고도 합니다.

항복 영역(VD 이상): 항복 또는 트리핑 영역으로 알려진 이 영역에서는 전압이 증가하면 전류도 증가합니다. PTC 서미스터의 저항은 기하급수적으로 감소하여 더 높은 전압에 대해 더 높은 전류를 발생시킵니다. 결과적으로 PTC 서미스터의 온도가 상승하여 저항이 더욱 감소합니다. 결국 이로 인해 PTC 서미스터가 열적으로 파손되거나 트립될 수 있습니다.

VI 특성은 PTC 서미스터가 제공하는 과전류 보호에 대한 중요한 기준입니다. 이는 다양한 전압 및 전류 조건에서 서미스터의 동작을 결정하는 데 도움이 되며 과도한 전류 흐름에 대한 효과적인 보호를 보장합니다.

전류-시간 특성이란 전압을 인가하는 동안 시간에 따라 전류가 변화하는 PTC 서미스터의 특성을 말합니다.

PTC 서미스터에 최초로 전압을 가했을 때, 그 순간의 전류를 기동전류라고 합니다. PTC 서미스터가 열 평형에 도달할 때 남아있는 전류를 잔류 전류라고 합니다.

특정 주변 온도에서 초기 전류(작동 전류임)가 PTC 서미스터에 적용될 때 전류가 시작 전류의 50%로 감소하는 데 걸리는 시간을 응답 시간 또는 응답 시상수라고 합니다. 전류-시간 특성은 자동 자기소거, 시동 지연, 과부하 보호 등 PTC 서미스터의 다양한 응용 분야에 중요한 기준이 됩니다.