Termistor NTC

¿Qué es un termistor NTC?

El termistor de coeficiente de temperatura negativo (NTC) es un dispositivo semiconductor fabricado con óxidos metálicos como el manganeso, el cobalto y el níquel mediante un proceso cerámico. Su característica principal es una disminución exponencial de la resistencia con el aumento de la temperatura, que viene determinada por la estructura de la banda de energía y el comportamiento de los portadores dentro del material.
Ventajas: alta sensibilidad, respuesta rápida, tamaño reducido y bajo coste.
Inconvenientes: las características no lineales requieren calibración y la estabilidad a largo plazo puede verse afectada por el entorno.

¿De qué están hechos los termistores NTC?

Composición del material: manganeso, cobalto, níquel a base de óxido, parte del uso de carburo de silicio o nitruro de tantalio, y otros materiales no óxidos.
Los termistores NTC están hechos principalmente de óxidos metálicos como manganeso (Mn), níquel (Ni), cobalto (Co) y cobre (Cu), y se fabrican mediante un proceso cerámico. Estos óxidos metálicos se combinan mediante un proceso específico para formar termistores con características de coeficiente de temperatura negativo.
Proceso:Fabricado mediante procesos cerámicos como la mezcla, el moldeo y la sinterización, las características de resistencia pueden ajustarse mediante la proporción de composición y las condiciones de sinterización.

¿Cuál es la función de un termistor NTC?

El termistor NTC (coeficiente de temperatura negativo) es un dispositivo semiconductor cuyo valor de resistencia disminuye al aumentar la temperatura, y sus funciones principales pueden resumirse en las tres categorías siguientes.

1. Medición de la temperatura
   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:
   Control de la temperatura interna de los smartphones para evitar que el sobrecalentamiento dañe los componentes de precisión.
   Detección y control de la temperatura de electrodomésticos (por ejemplo, aparatos de aire acondicionado, hervidores de agua);
   El campo de medición de la temperatura industrial, comparado con los RTD de platino o los termopares, tiene las ventajas de su bajo coste y de un circuito sencillo.
2. Compensación de temperatura
   Utilizando sus características negativas de temperatura, un termistor NTC puede compensar la deriva de los parámetros en el circuito debido al cambio de temperatura. Las aplicaciones típicas incluyen:
   Circuitos de compensación de temperatura para instrumentación de precisión;
   Gestión de la temperatura de las baterías de litio para garantizar la seguridad de la carga y descarga.
3. Supresión de la corriente de irrupción
   En los circuitos de alimentación, los NTC termistores limitan la corriente de irrupción en el momento del encendido mediante una resistencia inicial elevada para proteger componentes como condensadores y diodos rectificadores. Posteriormente, la resistencia desciende debido al autocalentamiento y el consumo de energía es insignificante. De uso común:
   Circuitos de entrada de fuentes de alimentación conmutadas y fuentes de alimentación SAI;
   Lámparas y balastos electrónicos de bajo consumo.
   Otras características de apoyo: La vida útil y la estabilidad del termistor NTC son los indicadores clave de rendimiento, especialmente en entornos difíciles (como alta temperatura, alta humedad) necesita trabajar de forma fiable durante mucho tiempo. Sus materiales son en su mayoría cerámicas de óxido de metal, tales como manganeso, cobalto, níquel, etc. Las características semiconductoras se consiguen mediante la estructura de espinela.

Principio de funcionamiento de los termistores NTC

Mecanismo de los semiconductores:Cuando aumenta la temperatura, aumenta la concentración de electrones y huecos libres en el semiconductor, y el cambio en la movilidad de los portadores provoca una disminución de la resistencia.
Comparación con los metales:La resistencia de los metales aumenta con la temperatura (debido al aumento de la vibración de la red), mientras que los termistores NTC presentan la característica opuesta.

Especificaciones del termistor NTC

Los principales parámetros de un termistor de tipo de potencia (NTC) en una fuente de alimentación conmutada:
1, resistencia nominal de potencia cero (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, la corriente máxima en régimen permanente (A): en la temperatura ambiente nominal, puede aplicarse continuamente al termistor NTC de tipo de potencia al valor máximo de corriente.
3、Maximum Allowable Capacitance (Joule Energy) (UF): El valor máximo de capacitancia admisible de un condensador conectado con un termistor NTC de tipo de potencia en condiciones de carga.
4、Operating Temperature Range (℃): el intervalo de temperatura ambiente en el que el termistor NTC de tipo de potencia puede funcionar continuamente en estado de potencia cero, que viene determinado por la temperatura de categoría de límite superior y la temperatura de categoría de límite inferior.

Función y selección de termistores de potencia (NTC) para suprimir la corriente de irrupción en fuentes de alimentación conmutadas:

1. Selección del valor de la resistencia R25 del termistor NTC de tipo de potencia.
   El valor máximo admisible de la corriente de arranque del circuito determina el valor de la resistencia del termistor NTC de tipo de potencia.
   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. Selección de la corriente máxima constante del termistor NTC de potencia.
   Debe cumplirse el principio de selección de la corriente de estado estacionario máxima: la corriente de funcionamiento real del circuito < la corriente de estado estacionario máxima del termistor NTC de tipo potencia.
   Muchas fuentes de alimentación tienen un diseño de voltaje amplio (AC 85V-264V), pero la potencia del producto es fija, así que ten cuidado en la entrada de bajo voltaje; la corriente de funcionamiento es mucho mayor que la entrada de alto voltaje.
   Según la fórmula P=UI, en las mismas condiciones de potencia, por ejemplo, a la tensión de entrada de 85V, la corriente de trabajo es 3 veces mayor que a la tensión de entrada de 264V. Por lo tanto, la corriente de funcionamiento real del circuito a la tensión más baja cuando el cálculo prevalecerá.
3. selección de la capacitancia máxima permitida del termistor NTC de potencia (energía Joule).Para un determinado tipo de termistor NTC de potencia, se requiere estrictamente el tamaño del acceso permitido a la capacitancia del filtro; este valor también está relacionado con la tensión nominal máxima.Las sobretensiones de encendido se generan mediante la carga de condensadores, por lo que la capacitancia permitida a un valor de tensión determinado suele utilizarse para evaluar la capacidad de un termistor NTC de potencia para soportar corrientes de sobretensión. La energía Joule máxima que puede soportar se ha determinado para un termistor NTC de tipo de potencia específico. Fórmula de cálculo de la energía Joule para un termistor NTC de potencia: E =(1/2)C*(U^2)
   De la fórmula anterior se desprende que el valor de capacidad de su acceso permitido es inversamente proporcional al cuadrado de la tensión nominal.En pocas palabras, cuanto mayor sea la tensión de entrada, menor será el valor máximo de capacitancia al que se permite acceder, y viceversa.
   Las especificaciones de los termistores NTC de potencia generalmente definen la capacitancia máxima permitida bajo 220VAC.
   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.

Precauciones para la aplicación del termistor de potencia

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 ℃.
   Cuando se apaga el producto, el termistor NTC de tipo de potencia debe restablecerse completamente del estado de alta temperatura y baja resistencia al estado de temperatura normal y alta resistencia para conseguir el mismo efecto de supresión de sobretensiones que la última vez.
   El tiempo de recuperación está relacionado con el coeficiente de disipación y la capacidad térmica del termistor NTC de tipo potencia, y la constante de tiempo térmico de enfriamiento se utiliza generalmente como referencia. La constante de tiempo térmico de enfriamiento no es el tiempo necesario para que el termistor NTC de potencia vuelva a la normalidad, pero cuanto mayor sea la constante de tiempo de enfriamiento, mayor será el tiempo de recuperación necesario, y viceversa, menor será. Por lo tanto, el termistor NTC de potencia no puede proporcionar un buen efecto de protección en caso de conmutación frecuente.
2. El termistor NTC de potencia siempre se conecta en serie en el circuito de protección.Si un termistor NTC de potencia no puede suprimir la corriente de irrupción por sí solo, puede conectarse en serie con dos o más termistores NTC de potencia en el circuito.No es conveniente conectar dos o más termistores NTC de potencia en paralelo porque la carga no se distribuye uniformemente. Si uno de los termistores NTC de potencia pasa una corriente mayor que los otros termistores NTC de potencia conectados en paralelo, se calentará más hasta que finalmente pase casi toda la corriente, y esta corriente puede acabar dañando el termistor NTC de potencia mientras que los otros termistores NTC de potencia conectados en paralelo permanecen fríos. Por lo tanto, el termistor NTC de potencia utilizado para la supresión de la corriente de irrupción sólo puede utilizarse en serie en el circuito de protección.
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.

¿Cuál es la diferencia entre los termistores PTC y NTC?

Las principales diferencias entre Termistores PTC (termistores de coeficiente de temperatura positivo) y los termistores NTC (termistores de coeficiente de temperatura negativo) residen en la forma en que responden a los cambios de temperatura, la composición de sus materiales, los escenarios de aplicación y las características de rendimiento.
Respuesta al cambio de temperatura
Termistor NTC: A medida que aumenta la temperatura, su resistencia disminuye, es decir, la resistencia es inversamente proporcional a la temperatura. Esta característica hace que los termistores NTC tengan un buen rendimiento en la medición y el control de la temperatura, y pueden responder rápidamente a los cambios de temperatura.
Termistor PTC:A medida que aumenta la temperatura, aumenta el valor de su resistencia, es decir, la resistencia es directamente proporcional a la temperatura.Cuando la temperatura supera su temperatura de Curie, el valor de la resistencia aumentará drásticamente, mostrando las características de autorrecuperación.
Composición del material
Termistor NTC: suele estar fabricado con materiales semiconductores, como manganeso, níquel, cobalto y otros óxidos metálicos. La conductividad de estos materiales aumenta a altas temperaturas, lo que provoca una disminución del valor de resistencia.
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).
Escenarios de aplicación
Termistores NTC:Comúnmente utilizados para medición de temperatura, compensación de temperatura, limitación de corriente de irrupción y protección contra sobrecalentamiento. Debido a su rápida velocidad de respuesta, es adecuado para aplicaciones que requieren una respuesta rápida a los cambios de temperatura.
Termistores PTC:Comúnmente utilizados para protección contra sobrecorriente, fusibles de autorrecuperación, elementos calefactores y control de temperatura.Cuando la temperatura supera el valor establecido, la resistencia del termistor PTC aumenta drásticamente, limitando la corriente y protegiendo los equipos eléctricos.
Características de rendimiento
Termistores NTC: normalmente de menor coste, adecuados para la producción en serie y aplicaciones sensibles a los costes. Sensibles a la humedad y a los productos químicos, y pueden experimentar una ligera desviación de la resistencia con el uso prolongado.
Termistores PTC:Mayor coste, pero merece la pena la inversión en aplicaciones que requieren alta fiabilidad y seguridad. Ofrecen una mayor estabilidad a largo plazo y una vida útil más larga, y pueden mantener un rendimiento estable en condiciones adversas.

NTC thermistors are used in which places？

Los termistores NTC (termistor de coeficiente de temperatura negativo) se utilizan ampliamente en una gran variedad de equipos electrónicos, principalmente para la detección de temperatura, la compensación de temperatura y la protección contra sobrecalentamiento.
Detección y compensación de temperatura
Los termistores NTC se utilizan habitualmente en diversos dispositivos electrónicos para la detección y compensación de temperatura. Por ejemplo:
Teléfonos inteligentes y tabletas: se utilizan para detectar y compensar la temperatura de la CPU y el módulo de alimentación para garantizar el funcionamiento estable del dispositivo.
Carga de la batería del dispositivo móvil: para controlar la temperatura de la batería y evitar el sobrecalentamiento.
Microcontroladores: controlar la temperatura de los microcontroladores para garantizar su funcionamiento estable.
Sistema de iluminación LED: Controla la temperatura de las luces LED para evitar el sobrecalentamiento.
Unidad de disco duro (HDD):Controla la temperatura del disco duro para garantizar su funcionamiento estable.
Oscilador de cristal y sensor de presión semiconductor:Mantiene su estabilidad operativa mediante compensación de temperatura.
Protección contra sobrecalentamiento
Los termistores NTC también se utilizan comúnmente para la protección contra el sobrecalentamiento para evitar que el equipo se dañe debido al sobrecalentamiento. Ejemplo:
Baterías para dispositivos móviles:Evita problemas de seguridad causados por el sobrecalentamiento de la batería controlando su temperatura.
Impresoras térmicas:Controla la temperatura del cabezal de impresión para evitar daños por sobrecalentamiento.
Ejemplos concretos de aplicación
Algunos ejemplos de aplicaciones específicas de los termistores NTC son:
Smartphones y tabletas: Los termistores NTC múltiples incorporados se utilizan para la detección y compensación de temperatura a fin de garantizar un funcionamiento estable del dispositivo en entornos de alta temperatura.
Carga de baterías de dispositivos móviles: control de la temperatura de la batería para evitar el sobrecalentamiento durante la carga.
Microcontroladores: Controla la temperatura de los microcontroladores para evitar que fallen por sobrecalentamiento.
Sistema de iluminación LED:Controla la temperatura de las luces LED para evitar parpadeos o daños en las luces causados por sobrecalentamiento.
Hard Disk Drive (HDD): monitors the temperature of the HDD to prevent it from damaging data due to overheating。