Thermistance NTC

Qu'est-ce qu'une thermistance NTC ?

La thermistance à coefficient de température négatif (NTC) est un dispositif semi-conducteur fabriqué à partir d'oxydes métalliques tels que le manganèse, le cobalt et le nickel par le biais d'un processus céramique. Sa caractéristique principale est une diminution exponentielle de la résistance avec l'augmentation de la température, qui est déterminée par la structure de la bande d'énergie et le comportement des porteurs à l'intérieur du matériau.
Avantages : haute sensibilité, réponse rapide, petite taille et faible coût.
Inconvénients : les caractéristiques non linéaires nécessitent un étalonnage et la stabilité à long terme peut être affectée par l'environnement.

De quoi sont faites les thermistances NTC ?

Composition du matériau : manganèse, cobalt, oxyde de nickel, utilisation partielle de carbure de silicium ou de nitrure de tantale, et autres matériaux non oxydés.
Les thermistances NTC sont principalement constituées d'oxydes métalliques tels que le manganèse (Mn), le nickel (Ni), le cobalt (Co) et le cuivre (Cu), et sont fabriquées à l'aide d'un procédé céramique. Ces oxydes métalliques sont combinés selon un processus spécifique pour former des thermistances à coefficient de température négatif.
Processus :Fabriqués par des procédés céramiques tels que le mélange, le moulage et le frittage, les caractéristiques de résistance peuvent être ajustées en fonction du rapport de composition et des conditions de frittage.

Quel est le rôle d'une thermistance NTC ?

La thermistance NTC (Negative Temperature Coefficient) est un dispositif semi-conducteur dont la valeur de résistance diminue lorsque la température augmente. Ses principales fonctions peuvent être résumées dans les trois catégories suivantes.

1. Mesure de la température
   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:
   Contrôle de la température interne des smartphones pour éviter que les composants de précision ne soient endommagés par la surchauffe.
   Détection et contrôle de la température des appareils ménagers (par exemple, climatiseurs, bouilloires) ;
   Le champ de mesure de la température industrielle, comparé aux RTD en platine ou aux thermocouples, présente les avantages d'un faible coût et d'un circuit simple.
2. Compensation de la température
   En utilisant ses caractéristiques de température négative, une thermistance NTC peut compenser la dérive des paramètres dans le circuit en raison du changement de température. Les applications typiques sont les suivantes
   Circuits de compensation de température pour l'instrumentation de précision ;
   Gestion de la température des batteries au lithium pour assurer la sécurité de la charge et de la décharge.
3. Suppression du courant d'appel
   Dans les circuits d'alimentation, les NTC thermistances limitent le courant d'appel au moment de la mise sous tension par une résistance initiale élevée afin de protéger les composants tels que les condensateurs et les diodes de redressement. Par la suite, la résistance diminue en raison de l'auto-échauffement et la consommation d'énergie est négligeable. Couramment utilisé :
   Circuits d'entrée des alimentations à découpage et des alimentations UPS ;
   Lampes et ballasts électroniques à économie d'énergie.
   D'autres caractéristiques sont prises en charge : La durée de vie et la stabilité de la thermistance NTC sont les principaux indicateurs de performance, en particulier dans les environnements difficiles (tels que les températures élevées, l'humidité élevée) qui doivent fonctionner de manière fiable pendant une longue période. Ses matériaux sont principalement des céramiques d'oxyde métallique, telles que le manganèse, le cobalt, le nickel, etc. Les caractéristiques du semi-conducteur sont obtenues grâce à la structure spinelle.

Principe de fonctionnement des thermistances NTC

Mécanisme du semi-conducteur :Lorsque la température augmente, la concentration d'électrons et de trous libres dans le semi-conducteur augmente, et le changement de mobilité des porteurs entraîne une diminution de la résistance.
Comparaison avec les métaux :La résistance des métaux augmente avec la température (en raison de l'augmentation des vibrations du réseau), alors que les thermistances NTC présentent la caractéristique inverse.

Spécifications des thermistances NTC

Les principaux paramètres d'une thermistance de type puissance (NTC) dans une alimentation à découpage :
1, résistance nominale de puissance nulle (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, le courant maximal en régime permanent (A) : dans la température ambiante nominale, peut être appliquée en continu à la thermistance NTC de type puissance à la valeur de courant maximale.
3、Maximum Allowable Capacitance (Joule Energy) (UF): La valeur de capacité maximale admissible d'un condensateur connecté à une thermistance NTC de type puissance dans des conditions de charge.
4、Operating Temperature Range (℃): la plage de température ambiante dans laquelle la thermistance NTC de type puissance peut fonctionner en continu dans un état de puissance nulle, qui est déterminée par la catégorie de température limite supérieure et la catégorie de température limite inférieure.

Le rôle et la sélection de la thermistance de type puissance (NTC) pour supprimer le courant d'appel dans l'alimentation à découpage :

1. Sélection de la valeur de résistance de la thermistance NTC de type puissance R25.
   La valeur maximale admissible du courant de démarrage du circuit détermine la valeur de la résistance de la thermistance NTC de type puissance.
   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. Sélection du courant maximum permanent de la thermistance NTC de type puissance.
   Le principe de sélection du courant maximum en régime permanent doit être respecté : le courant de fonctionnement réel du circuit &lt ; le courant maximum en régime permanent de la thermistance NTC de type puissance.
   De nombreux blocs d'alimentation sont conçus pour une large tension (AC 85V-264V), mais la puissance du produit est fixe, il faut donc faire attention à l'entrée basse tension ; le courant de fonctionnement est beaucoup plus élevé que l'entrée haute tension.
   Selon la formule : P=UI, dans les mêmes conditions de puissance, par exemple, à la tension d'entrée de 85V, le courant de fonctionnement est 3 fois plus élevé qu'à la tension d'entrée de 264V. Par conséquent, le courant de fonctionnement réel du circuit à la tension la plus basse lors du calcul doit prévaloir.
3. sélection de la capacité maximale admissible (énergie Joule) des thermistances NTC de puissance.Pour un certain type de thermistance NTC de puissance, la taille de l'accès autorisé à la capacité du filtre est strictement requise ; cette valeur est également liée à la tension nominale maximale.Les surtensions à la mise sous tension sont générées par la charge des condensateurs, de sorte que la capacité autorisée à une valeur de tension donnée est généralement utilisée pour évaluer la capacité d'une thermistance CTN de puissance à résister aux courants de surtension. L'énergie Joule maximale pouvant être supportée a été déterminée pour une thermistance NTC de puissance spécifique. Formule de calcul de l'énergie Joule pour les thermistances NTC de puissance : E =(1/2)C*(U^2)
   La formule ci-dessus montre que la valeur de la capacité d'accès autorisée est inversement proportionnelle au carré de la tension nominale.En d'autres termes, plus la tension d'entrée est élevée, plus la valeur maximale de la capacité autorisée est faible, et vice versa.
   Les spécifications des thermistances NTC de puissance définissent généralement la capacité maximale autorisée sous 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.

Précautions pour l'application de la thermistance de puissance

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 ℃.
   Lorsque le produit est éteint, la thermistance NTC de type puissance doit être complètement restaurée de l'état de basse résistance à haute température à l'état de haute résistance à température normale pour obtenir le même effet de suppression de surtension que la dernière fois.
   Le temps de récupération est lié au coefficient de dissipation et à la capacité thermique de la thermistance NTC de type puissance, et la constante de temps thermique de refroidissement est généralement utilisée comme référence. La constante de temps thermique de refroidissement n'est pas le temps nécessaire pour que la thermistance NTC de type puissance revienne à la normale, mais plus la constante de temps de refroidissement est grande, plus le temps de récupération nécessaire est long, et inversement, plus il est court. Par conséquent, la thermistance NTC de type puissance ne peut pas fournir un bon effet de protection dans le cas de commutations fréquentes.
2. Les thermistances NTC de puissance sont toujours connectées en série dans le circuit de protection.Si une thermistance NTC de puissance ne peut pas supprimer seule le courant d'appel, elle peut être connectée en série avec deux ou plusieurs thermistances NTC de puissance dans le circuit.Il n'est pas souhaitable de connecter deux ou plusieurs thermistances NTC de puissance en parallèle, car la charge n'est pas uniformément répartie. Si l'un des thermistors NTC de puissance passe un courant plus élevé que les autres thermistors NTC de puissance connectés en parallèle, il deviendra plus chaud jusqu'à ce qu'il passe finalement presque tout le courant, et ce courant peut finir par endommager le thermistor NTC de puissance tandis que les autres thermistors NTC de puissance connectés en parallèle restent froids. Par conséquent, la thermistance NTC de puissance utilisée pour la suppression du courant d'appel ne peut être utilisée qu'en série dans le circuit de protection.
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.

Quelle est la différence entre les thermistances PTC et NTC ?

Les principales différences entre Thermistances PTC (thermistances à coefficient de température positif) et les thermistances NTC (thermistances à coefficient de température négatif) résident dans la manière dont ils réagissent aux changements de température, dans la composition de leurs matériaux, dans les scénarios d'application et dans leurs caractéristiques de performance.
Réponse aux changements de température
Thermistance NTC : Lorsque la température augmente, sa résistance diminue, c'est-à-dire que la résistance est inversement proportionnelle à la température. Cette caractéristique permet aux thermistances NTC d'être performantes dans la mesure et le contrôle de la température, et de réagir rapidement aux changements de température.
Thermistance PTC :Lorsque la température augmente, sa valeur de résistance augmente, c'est-à-dire que la résistance est directement proportionnelle à la température.Lorsque la température dépasse la température de Curie, la valeur de la résistance augmente considérablement, ce qui montre les caractéristiques d'auto-rétablissement.
Composition du matériau
Thermistance NTC : généralement constituée de matériaux semi-conducteurs, tels que le manganèse, le nickel, le cobalt et d'autres oxydes métalliques.La conductivité de ces matériaux augmente à haute température, ce qui entraîne une diminution de la valeur de la résistance.
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).
Scénarios d'application
Thermistances NTC :Couramment utilisées pour la mesure de la température, la compensation de la température, la limitation du courant d'appel et la protection contre la surchauffe. En raison de leur rapidité de réponse, ils conviennent aux applications qui nécessitent une réponse rapide aux changements de température.
Thermistances PTC :Couramment utilisés pour la protection contre les surintensités, les fusibles à récupération automatique, les éléments chauffants et le contrôle de la température.Lorsque la température dépasse la valeur définie, la résistance de la thermistance CTP augmente considérablement, ce qui limite le courant et protège l'équipement électrique.
Caractéristiques de performance
Thermistances NTC : généralement moins chères, elles conviennent à la production de masse et aux applications sensibles aux coûts. Sensibles à l'humidité et aux produits chimiques, elles peuvent présenter une légère dérive de la résistance en cas d'utilisation prolongée.
Thermistances PTC :Coût plus élevé, mais l'investissement en vaut la peine dans les applications exigeant une fiabilité et une sécurité élevées. Elles offrent une meilleure stabilité à long terme et une durée de vie plus longue, et peuvent maintenir des performances stables dans des conditions difficiles.

NTC thermistors are used in which places？

Les thermistances NTC (Negative Temperature Coefficient thermistor) sont largement utilisées dans une variété d'équipements électroniques, principalement pour la détection de la température, la compensation de la température et la protection contre la surchauffe.
Détection et compensation de la température
Les thermistances NTC sont couramment utilisées dans divers appareils électroniques pour la détection et la compensation de la température. Par exemple :
Smartphones et tablettes PC : utilisés pour détecter et compenser la température de l'unité centrale et du module d'alimentation afin d'assurer un fonctionnement stable de l'appareil.
Chargement de la batterie d'un appareil mobile : pour surveiller la température de la batterie et éviter la surchauffe.
Microcontrôleurs : surveiller la température des microcontrôleurs pour assurer leur fonctionnement stable.
Système d'éclairage LED : Surveillez la température des lampes LED pour éviter toute surchauffe.
Disque dur (HDD) :Surveillez la température du disque dur pour assurer son fonctionnement stable.
Oscillateur à cristal et capteur de pression à semi-conducteur :La stabilité opérationnelle est maintenue grâce à la compensation de la température.
Protection contre la surchauffe
Les thermistances NTC sont également couramment utilisées pour la protection contre la surchauffe, afin d'éviter que l'équipement ne soit endommagé à cause de la surchauffe. Exemple : les thermistances NTC sont souvent utilisées pour la protection contre la surchauffe :
Batteries pour appareils mobiles :Prévenir les problèmes de sécurité liés à la surchauffe de la batterie en surveillant sa température.
Imprimantes thermiques :Surveillez la température de la tête d'impression pour éviter tout dommage dû à une surchauffe.
Exemples d'applications spécifiques
Voici quelques exemples d'applications spécifiques des thermistances NTC :
Smartphones et tablettes : Plusieurs thermistances NTC intégrées sont utilisées pour la détection et la compensation de la température afin de garantir un fonctionnement stable de l'appareil dans des environnements à haute température.
Chargement de la batterie des appareils mobiles : surveillance de la température de la batterie afin d'éviter toute surchauffe pendant le chargement.
Microcontrôleurs : Surveillez la température des microcontrôleurs pour éviter qu'ils ne tombent en panne à cause d'une surchauffe.
Système d'éclairage LED :Surveillez la température des lampes LED pour éviter qu'elles ne clignotent ou ne soient endommagées par une surchauffe.
Hard Disk Drive (HDD): monitors the temperature of the HDD to prevent it from damaging data due to overheating。