NTC-Thermistor

Was ist ein NTC-Thermistor?

Ein Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) ist ein Halbleiterbauelement, das aus Metalloxiden wie Mangan, Kobalt und Nickel in einem keramischen Verfahren hergestellt wird. Sein Hauptmerkmal ist eine exponentielle Abnahme des Widerstands bei steigender Temperatur, die durch die Energiebandstruktur und das Ladungsträgerverhalten im Material bestimmt wird.
Vorteile: hohe Empfindlichkeit, schnelle Reaktion, geringe Größe und niedrige Kosten.
Nachteile: Nichtlineare Merkmale erfordern eine Kalibrierung, und die Langzeitstabilität kann durch die Umgebung beeinträchtigt werden.

Woraus bestehen die NTC-Thermistoren?

Materialzusammensetzung: Mangan, Kobalt, Nickel-Oxid-Basis, Teil der Verwendung von Siliziumkarbid oder Tantal-Nitrid, und andere Nicht-Oxid-Materialien.
NTC-Thermistoren bestehen hauptsächlich aus Metalloxiden wie Mangan (Mn), Nickel (Ni), Kobalt (Co) und Kupfer (Cu) und werden in einem keramischen Verfahren hergestellt. Diese Metalloxide werden durch ein spezielles Verfahren kombiniert, um Thermistoren mit negativen Temperaturkoeffizienten zu bilden.
Verfahren:Hergestellt durch keramische Prozesse wie Mischen, Formen und Sintern, können die Beständigkeitseigenschaften durch das Zusammensetzungsverhältnis und die Sinterbedingungen angepasst werden.

Was ist die Aufgabe eines NTC-Thermistors?

Der NTC-Thermistor (Negative Temperature Coefficient) ist ein Halbleiterbauelement, dessen Widerstandswert mit steigender Temperatur abnimmt. Seine wichtigsten Funktionen lassen sich in den folgenden drei Kategorien zusammenfassen.

1. Messung der Temperatur
   NTC thermistors are widely used as temperature sensors due to their high sensitivity and wide temperature measurement range (usually -10°C to +300°C, some models can be higher). Example:
   Interne Temperaturüberwachung von Smartphones zur Vermeidung von Überhitzungsschäden an Präzisionskomponenten.
   Temperaturerfassung und -regelung von Haushaltsgeräten (z. B. Klimaanlagen, Wasserkocher);
   Das industrielle Temperaturmessfeld hat im Vergleich zu Platin-Widerstandsthermometern oder Thermoelementen den Vorteil, dass es kostengünstig ist und eine einfache Schaltung aufweist.
2. Temperaturkompensation
   Unter Ausnutzung seiner negativen Temperatureigenschaften kann ein NTC-Thermistor die Parameterdrift im Schaltkreis aufgrund von Temperaturänderungen kompensieren. Typische Anwendungen sind:
   Temperaturkompensationsschaltungen für Präzisionsmessgeräte;
   Temperaturmanagement von Lithium-Batteriepacks zur Gewährleistung der Sicherheit beim Laden und Entladen.
3. Einschaltstromunterdrückung
   In Stromversorgungsschaltungen ist der NTC Thermistoren den Einschaltstrom im Moment des Einschaltens durch einen hohen Anfangswiderstand begrenzen, um Bauteile wie Kondensatoren und Gleichrichterdioden zu schützen. Anschließend sinkt der Widerstand aufgrund der Selbsterwärmung und der Stromverbrauch ist vernachlässigbar. Häufig verwendet:
   Eingangsschaltungen von Schaltnetzteilen und USV-Stromversorgungen;
   Elektronische Energiesparlampen und Vorschaltgeräte.
   Andere Eigenschaften unterstützen: NTC-Thermistor Leben und Stabilität ist die wichtigste Leistungsindikatoren, vor allem in rauen Umgebungen (wie hohe Temperatur, hohe Luftfeuchtigkeit) muss zuverlässig für eine lange Zeit zu arbeiten. Die Materialien sind meist Metalloxid-Keramik, wie Mangan, Kobalt, Nickel, etc. Die Halbleitereigenschaften werden durch die Spinellstruktur realisiert.

Funktionsprinzip von NTC-Thermistoren

Halbleiter-Mechanismus:Wenn die Temperatur steigt, erhöht sich die Konzentration freier Elektronen und Löcher im Halbleiter, und die Änderung der Ladungsträgerbeweglichkeit führt zu einer Verringerung des Widerstands.
Vergleich mit Metallen:Der Widerstand von Metallen nimmt mit der Temperatur zu (aufgrund erhöhter Gitterschwingungen), während NTC-Thermistoren die entgegengesetzte Eigenschaft aufweisen.

NTC-Thermistor Spezifikationen

Die wichtigsten Parameter eines Leistungsthermistors (NTC) in einem Schaltnetzteil:
1, Nenn-Nullleistungswiderstand (R25 ): also called the nominal resistance value, in the absence of special instructions, refers to the power type NTC thermistor in the 25 ℃ ambient temperature, measured resistance value. Commonly used resistance values are 2.5Ω, 5Ω, 10Ω, etc., commonly used resistance error is: ±15%, ±20%, ±30%, etc. .
2, der maximale Dauerstrom (A): in der Nenn-Umgebungstemperatur, kann der NTC-Leistungsthermistor kontinuierlich mit dem maximalen Stromwert beaufschlagt werden.
3、Maximum Allowable Capacitance (Joule Energy) (UF): Der maximal zulässige Kapazitätswert eines Kondensators, der mit einem NTC-Leistungsthermistor verbunden ist, unter Lastbedingungen.
4、Operating Temperature Range (℃): den Umgebungstemperaturbereich, in dem der NTC-Leistungsthermistor im stromlosen Zustand kontinuierlich arbeiten kann; dieser Bereich wird durch die Temperatur der oberen und unteren Grenzwertkategorie bestimmt.

Die Rolle und Auswahl von Leistungsthermistoren (NTC) zur Unterdrückung von Einschaltströmen in Schaltnetzteilen:

1. Auswahl des Widerstandswerts des NTC-Thermistors R25.
   Der maximal zulässige Einschaltstromwert des Stromkreises bestimmt den Widerstandswert des NTC-Leistungsthermistors.
   Assuming that the power supply rated input is 220VAC, internal resistance of 1Ω, the maximum allowable starting current of 60A, then select the power type NTC in the initial state of the minimum resistance value is: Rmin = (220 × 1.414/60) – 1 = 4.2 (Ω)
   For this application, we suggest choosing the power type NTC thermistor with R25 resistance value ≧4.2Ω.
2. Auswahl des maximalen Dauerstroms des NTC-Thermistors.
   Der Grundsatz der Auswahl des maximalen Dauerstroms sollte eingehalten werden: der tatsächliche Betriebsstrom des Stromkreises < der maximale Dauerstrom des NTC-Leistungsthermistors.
   Viele Stromversorgungen sind für große Spannungen ausgelegt (AC 85V-264V), aber die Leistung des Produkts ist fest, also seien Sie vorsichtig mit dem Niederspannungseingang; der Betriebsstrom ist viel höher als der Hochspannungseingang.
   Nach der Formel: P=UI, unter den gleichen Leistungsbedingungen, zum Beispiel bei der Eingangsspannung von 85V, ist der Arbeitsstrom 3 mal höher als bei der Eingangsspannung von 264V. Daher ist der tatsächliche Betriebsstrom der Schaltung an der niedrigsten Spannung bei der Berechnung maßgebend.
3. Auswahl der maximal zulässigen Kapazität (Joule-Energie) des NTC-Leistungsthermistors.Für einen bestimmten NTC-Leistungsthermistor ist die Größe des zulässigen Zugriffs auf die Filterkapazität streng vorgeschrieben; dieser Wert hängt auch mit der maximalen Nennspannung zusammen.Einschaltstromstöße werden durch das Aufladen von Kondensatoren erzeugt, daher wird die zulässige Kapazität bei einem bestimmten Spannungswert in der Regel verwendet, um die Fähigkeit eines Leistungs-NTC-Thermistors zu bewerten, Stromstößen zu widerstehen. Die maximale Joule-Energie, der ein bestimmter Leistungs-NTC-Thermistor standhalten kann, wurde ermittelt. Formel zur Berechnung der Joule-Energie für NTC-Leistungsthermistoren: E =(1/2)C*(U^2)
   Aus der obigen Formel geht hervor, dass der Kapazitätswert des zulässigen Zugriffs umgekehrt proportional zum Quadrat der Nennspannung ist.Einfach ausgedrückt: Je größer die Eingangsspannung, desto kleiner ist der maximale Kapazitätswert, auf den zugegriffen werden darf, und umgekehrt.
   Die Spezifikationen für Leistungs-NTC-Thermistoren legen im Allgemeinen die maximale Kapazität fest, die bei 220 V AC zulässig ist.
   Assuming that the maximum rated voltage of an application is 420VAC, the filter capacitance value is 200μF. According to the above energy equation, the equivalent capacitance value under 220VAC can be converted to: 200×(420)2/(220)2=729μF, so that when selecting a model, you must select the power NTC thermistor with the permissible capacitance value of more than 729μF under 220VAC. This means that the power type NTC thermistor with capacitance greater than 729μF under 220VAC must be selected.

Vorsichtsmaßnahmen für den Einsatz von Leistungsthermistoren

1. From the analysis of the circuit operating principle, we can see that in the normal operating condition, there is a certain current through the power type NTC thermistor, the current tends to make the surface temperature of the power type NTC reach more than 100 ℃.
   Wenn das Produkt ausgeschaltet wird, muss der NTC-Thermistor vom Hochtemperaturzustand mit niedrigem Widerstand vollständig in den Normaltemperaturzustand mit hohem Widerstand zurückversetzt werden, um die gleiche Überspannungsschutzwirkung wie beim letzten Mal zu erzielen.
   Die Erholungszeit hängt mit dem Verlustkoeffizienten und der Wärmekapazität des NTC-Leistungsthermistors zusammen, und die thermische Kühlzeitkonstante wird im Allgemeinen als Referenz verwendet. Die thermische Abkühlungszeitkonstante ist nicht die Zeit, die der NTC-Leistungsthermistor benötigt, um in den Normalzustand zurückzukehren, aber je größer die Abkühlungszeitkonstante ist, desto länger ist die erforderliche Erholungszeit, und umgekehrt, desto kürzer ist sie. Daher kann der NTC-Leistungsthermistor bei häufigen Schaltvorgängen keine gute Schutzwirkung bieten.
2. Leistungs-NTC-Thermistoren werden in der Schutzschaltung immer in Reihe geschaltet.Wenn ein NTC-Leistungsthermistor den Einschaltstrom nicht allein unterdrücken kann, kann er mit zwei oder mehr NTC-Leistungsthermistoren im Stromkreis in Reihe geschaltet werden.Die Parallelschaltung von zwei oder mehr Leistungs-NTC-Thermistoren ist nicht wünschenswert, da die Last nicht gleichmäßig verteilt ist. Wenn einer der Leistungs-NTC-Thermistoren einen höheren Strom durchlässt als die anderen parallel geschalteten Leistungs-NTC-Thermistoren, wird er heißer, bis er schließlich fast den gesamten Strom durchlässt, und dieser Strom kann schließlich den Leistungs-NTC-Thermistor beschädigen, während die anderen parallel geschalteten Leistungs-NTC-Thermistoren kühl bleiben. Daher kann der NTC-Leistungsthermistor zur Einschaltstromunterdrückung nur in Reihe in der Schutzschaltung verwendet werden.
3. In the actual application, it is recommended to try to make the power type NTC thermistor work in the rated operating temperature range, as exceeding the specified upper and lower temperature limits may cause power type NTC product failure or damage. Since the power type NTC thermistor is greatly affected by the ambient temperature, the maximum steady state current at room temperature (0～25℃) is generally given in the product specification. Under the highest or lowest operating temperature conditions, the rated current will be linearly derated to zero. Power type NTC thermistor products are not applied at room temperature (0～25℃), or due to the design or structure of the product itself, such as the power supply has some devices with large heat generation. When the ambient temperature is too high or too low, it must be derated according to the derating current curve.
   Calculation formula: ITa=[1-(Ta-25)/(Tu-25)]×Imax
   Where: ITa: current value A at ambient temperature; Ta: ambient temperature ℃, TU: maximum working temperature ℃
   If the maximum ambient temperature is 60℃, the maximum operating temperature of the thermistor is 200℃.
   ITa=[1-(60-25)/(200-25)]×Imax=80%Imax
   According to the above calculation, when the ambient temperature is 60℃, the maximum operating current can only be selected as 80% of the nominal operating current. The maximum current derating curve of the power type NTC thermistor is shown below.

Was ist der Unterschied zwischen PTC- und NTC-Thermistoren?

Die wichtigsten Unterschiede zwischen PTC-Thermistoren (Thermistoren mit positivem Temperaturkoeffizienten) und NTC-Thermistoren (Thermistoren mit negativem Temperaturkoeffizienten) liegen in der Art und Weise, wie sie auf Temperaturänderungen reagieren, in ihrer Materialzusammensetzung, ihren Anwendungsszenarien und ihren Leistungsmerkmalen.
Reaktion auf Temperaturänderungen
NTC-Thermistor: Mit steigender Temperatur nimmt sein Widerstand ab, d.h. der Widerstand ist umgekehrt proportional zur Temperatur. Aufgrund dieser Eigenschaft eignen sich NTC-Thermistoren gut für die Temperaturmessung und -regelung und können schnell auf Temperaturänderungen reagieren.
PTC-Thermistor:Mit steigender Temperatur nimmt sein Widerstandswert zu, d.h. der Widerstand ist direkt proportional zur Temperatur.Wenn die Temperatur seine Curie-Temperatur überschreitet, steigt der Widerstandswert drastisch an, was die Selbsterholungseigenschaften zeigt.
Materialzusammensetzung
NTC-Thermistor: besteht in der Regel aus Halbleitermaterialien wie Mangan, Nickel, Kobalt und anderen Metalloxiden. Die Leitfähigkeit dieser Materialien nimmt bei hohen Temperaturen zu, was zu einer Abnahme des Widerstandswerts führt.
PTC thermistors: Usually made of ceramic materials such as barium titanate (BaTiO₃), these materials show a sharp increase in resistance value above a specific temperature (Curie temperature).
Anwendungsszenarien
NTC-Thermistoren:Werden häufig zur Temperaturmessung, Temperaturkompensation, Einschaltstrombegrenzung und zum Überhitzungsschutz verwendet. Aufgrund ihrer schnellen Ansprechgeschwindigkeit sind sie für Anwendungen geeignet, die eine schnelle Reaktion auf Temperaturänderungen erfordern.
PTC-Thermistoren:Sie werden häufig für Überstromschutz, Selbstheilungssicherungen, Heizelemente und Temperaturkontrolle verwendet.Wenn die Temperatur den eingestellten Wert überschreitet, steigt der Widerstand des PTC-Thermistors drastisch an, wodurch der Strom begrenzt und die elektrischen Geräte geschützt werden.
Leistungsmerkmale
NTC-Thermistoren: in der Regel kostengünstiger, geeignet für Massenproduktion und kostenempfindliche Anwendungen. Sie reagieren empfindlich auf Feuchtigkeit und Chemikalien und können bei langfristiger Verwendung eine leichte Widerstandsdrift aufweisen.
PTC-Thermistoren:Höhere Kosten, aber die Investition lohnt sich bei Anwendungen, die hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit erfordern. Bietet bessere Langzeitstabilität und längere Lebensdauer und kann auch unter rauen Bedingungen eine stabile Leistung beibehalten.

NTC thermistors are used in which places？

NTC-Thermistoren (Thermistoren mit negativem Temperaturkoeffizienten) werden in einer Vielzahl von elektronischen Geräten eingesetzt, hauptsächlich zur Temperaturerfassung, zum Temperaturausgleich und zum Überhitzungsschutz.
Temperaturerfassung und -kompensation
NTC-Thermistoren werden üblicherweise in verschiedenen elektronischen Geräten zur Temperaturerfassung und -kompensation verwendet. Zum Beispiel:
Smartphones und Tablet-PCs: zur Erkennung und Kompensation der Temperatur von CPU und Leistungsmodul, um einen stabilen Betrieb des Geräts zu gewährleisten.
Laden des Akkus eines mobilen Geräts: Überwachung der Akkutemperatur und Vermeidung von Überhitzung.
Mikrocontroller: zur Überwachung der Temperatur von Mikrocontrollern, um deren stabilen Betrieb zu gewährleisten.
LED-Beleuchtungssystem: Überwachen Sie die Temperatur der LED-Leuchten, um eine Überhitzung zu vermeiden.
Festplattenlaufwerk (HDD):Überwachen Sie die Temperatur der Festplatte, um ihren stabilen Betrieb zu gewährleisten.
Quarzoszillator und Halbleiter-Drucksensor:Bewahrt seine Betriebsstabilität durch Temperaturkompensation.
Überhitzungsschutz
NTC-Thermistoren werden auch häufig als Überhitzungsschutz verwendet, um zu verhindern, dass Geräte aufgrund von Überhitzung beschädigt werden. Beispiel:
Batterien für mobile Geräte:Verhindern Sie Sicherheitsprobleme durch Überhitzung des Akkus, indem Sie die Akkutemperatur überwachen.
Thermodrucker:Überwachen Sie die Temperatur des Druckkopfes, um Schäden durch Überhitzung zu vermeiden.
Spezifische Anwendungsbeispiele
Beispiele für spezifische Anwendungen für NTC-Thermistoren sind:
Smartphones und Tablets: Mehrere eingebaute NTC-Thermistoren dienen der Temperaturerfassung und -kompensation, um einen stabilen Betrieb des Geräts in Umgebungen mit hohen Temperaturen zu gewährleisten.
Akkuladung von Mobilgeräten: Überwachung der Akkutemperatur, um eine Überhitzung während des Ladevorgangs zu verhindern.
Mikrocontroller: Überwachen Sie die Temperatur von Mikrocontrollern, um zu verhindern, dass sie aufgrund von Überhitzung ausfallen.
LED-Beleuchtungssystem:Überwachen Sie die Temperatur der LED-Leuchten, um Flackern oder Schäden an den Leuchten durch Überhitzung zu vermeiden.
Hard Disk Drive (HDD): monitors the temperature of the HDD to prevent it from damaging data due to overheating。