浅谈陶瓷PTC加热器耐压击穿炸片及其预防措施.doc

浅谈陶瓷PTC加热器耐压击穿的原理及其预防措施

摘要:介绍了陶瓷PTC加热器引起耐压击穿的原因、分析了陶瓷PTC加热器引起耐压击穿后带来的危害，最后给出几点预防的措施。

关键词：陶瓷PTC加热器；耐压击穿。

1引言

PTC是一种半导体热敏陶瓷，是正温度系数热敏陶瓷的简称，属用途极广的新型材料，应用PTC陶瓷电阻温度的非线性,可开发应用于各个领域，如陶瓷PTC波纹状加热器在空调器上的使用也越来越广泛，它的一大突出特点在于安全性能上，即遇风机故障停转时，PTC加热器因得不到充分散热，其功率会自动急剧下降，此时加热器的表面温度维持在居里温度左右（一般在250℃上下），从而不致产生如电热管类加热器的表面“发红”现象。

PTC效应

对于BaTiO3半导瓷的PTC效应，有多种理论模型予以解释，较为成熟并为多数研究者承认的有海望Heywang提出的表面势垒模型和丹尼尔斯Daniels等人提出的钡缺位模型。

??1963年G.Goodman指出，单晶BaTiO3单半导体掺杂后，不显示PTC效应，而多晶BaTiO3陶瓷掺杂后，则有PTC效应，此后国际上常把PTC归入晶界现象。

海望模型把产生PTC效应的原因归结为在多晶BaTiO3半导体材料的晶粒边界，存在一个由受主表面态引起的势垒层，材料的电阻率是由晶粒体电阻和晶粒表面态势垒两部分组成，随着温度的上升，材料的电阻率将出现几个数量级的变化。

陶瓷PTC热敏电阻是以钛酸钡为基，掺杂其它的多晶陶瓷材料制造的，具有较低的电阻及半导特性。通过有目的的掺杂一种化学价较高的材料作为晶体的点阵元来达到的：在晶格中钡离子或钛酸盐离子的一部分被较高价的离子所替代，因而得到了一定数量产生导电性的自由电子。对于PTC热敏电阻效应，也就是电阻值阶跃增高的原因，在于材料组织是由许多小的微晶构成的，在晶粒的界面上，即所谓的晶粒边界(晶界)上形成势垒，阻碍电子越界进入到相邻区域中去，因此而产生高的电阻，这种效应在温度低时被抵消：在晶界上高的介电常数和自发的极化强度在低温时阻碍了势垒的形成并使电子可以自由地流动。而这种效应在高温时，介电常数和极化强度大幅度地降低，导致势垒及电阻大幅度地增高，呈现出强烈的PTC效应。

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3陶瓷PTC的阻温特性（R-T特性）

电阻-温度特性通常简称阻温特性，指在规定的电压下，PTC热敏电阻零功率电阻与电阻体温度之间的相互关系。因通电后PTC热敏电阻表面温度及阻值迅速发生急剧变化，一般难以测出通电状态下的阻温特性曲线，阻温特性曲线通常是通过把不通电的陶瓷PTC元件放入烘箱，通过调温稳定在各温度下测出对应电阻值，最后描出阻温特性曲线。

Rc开关电阻；Rp最大工作电阻

Rc开关电阻；

Rp最大工作电阻；

Rmax最大电阻；

Rmim最小电阻

Tc居里温度；

Tp最大工作温度；

Tmax最大温度；

Tmin最小温度

表征阻温特性好坏的重要参数是温度系数α，反映的是阻温特性曲线的陡峭程度。温度系数

温度再上升，则元件R-T特性呈现出NTC的特性，即温度升高，电阻下降。

下图曲线A是PTCR在零功率的条件下测得的，即测试电流小于2mA（该电流不会引起PTC的升温），是一种静态的R-T特性。实际上，当PTC加载电压后，电阻随温度变化的幅度（升阻比）会明显降低，阻温特性曲线会趋于平缓，如图中的曲线B。即所谓电压效应。当电压越高时，PTC的电压效应越明显。所以在500V耐压检测过程对于性能较差的PTC陶瓷片容易造成击穿，测试电压越高，击穿几率就越大。根据目前PTC的行业标准，一般出厂检验的耐压测试都是500V电压进行。

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5.2.2工作温度

PTCR施加一定的电压后，自身产生的热量与外界的热交换达到一个平衡状态，这种平衡状态的温度称为工作温度。影响工作温度的因数与施加的电压和散热条件有关。以居里点为250℃的陶瓷PTC在一定的通风条件下测试为例，通220V电压时，陶瓷PTC工作温度为258℃，随电压的升高，其工作温度也随之升高，当通500V电压时，陶瓷PTC工作温度为281℃，已接近320℃左右的拐点温度，陶瓷PTC容易出现击穿。

电压

220V

253V

330V

500V

工作温度

258℃

260℃

268℃

281℃

不通风条件下陶瓷PTC加热器的散热条件变恶劣，此时较高的耐压测试更容易接近拐点引起击穿故障率的比例增大，所以如额定电压220V、居里点250℃的陶瓷PTC加热器在不通风的条件下500V耐压测试，所以额定电压220V、居里点250℃的PTC陶瓷片选型，常温R25电阻通常选用范围

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散热条件包括铝管、铝条的尺寸大小，波纹片间距的大小，PTC电加热器在调空器内部的安装位置、所处风道是否合理等因