热敏电阻的原理及在手机电池上的应用.pdf

热敏电阻的原理及在手机上的应用 正温度系数热敏电阻（PTC）和负温度系数热敏电阻（NTC）的工作原理及在手机上的应用 关键词： 正温度系数热敏电阻(PTC)；负温度系数热敏电阻（NTC） 温度特性 过流保护 随着移动通讯业在国内的迅猛发展，国内的手机消费者越来越多，由于手机是靠电池供电的产品， 在电池内部通常都会带有一个PTC和NTC，很多人不明白它们在电池中所起的作用，本文对此作 一阐述。 在手机电池内部的PTC和NTC都是属于热敏电阻器，热敏电阻器按其阻抗与温度特性分为正温度 系数（PTC）热敏电阻器和负温度系数（NTC）热敏电阻器。PTC是PositiveTemperatureCoefficient 的英文首字缩写，其含义为正温度系数，NTC是NegativeTemperatureCoefficient 的英文首字 缩写，其含义为负温度系数，通常为方便起见，常将这两种电阻简称为 PTC和NTC。 一、手机电池内的PTC热敏电阻介绍 通常意义上的PTC是指一种以钛酸钡为主要成分的高技术半导体功能陶瓷材料，具有电阻值随着 温度变化而变化的特性，特别是在居里温度点附近电阻值跃升有3——7个数量级。此种PTC利用 其最基本的电阻温度特性及电压——电流特性与电流——时间特性，已广泛应用于工业电子设备， 汽车及家用电器等产品中，以达到自动消磁、过热过流保护，马达启动，恒温加热，温度补偿、 延时等作用。 电池内的PTC与上述PTC并不相同，通常被称之为“自恢复保险丝”，英文名称为“Polyswitch”， 其含义为高分子聚合物开关，它是近几年出现的新型正温度系数过流过温保护元件，它的特点是 当温度达到某定值时，其电阻值会显著增加，呈高阻状态，相当于断开回路，而当使温度降低后， 它便自动复位导通，恢复至低阻状态，并且这种断开-自动恢复过程可重复数千次，目前主要用于 小功率电子设备的短路及过载保护。   自恢复保险丝主要以经过特殊处理的聚合树酯(Polymer)为基础，掺入导体（如碳元素）而构 成。在正常情况下，聚合树酯将导体微粒紧密束缚于结晶状的结构内，构成一种低阻抗(几毫欧至 几十毫欧)炼键，线路上流经自恢复保险丝的电流所产生的热量很小，不会改变聚合树酯的晶状结 构，从而电路保持低阻导通。然而，当电流急剧增加时，自复保险丝的温度也会在很短时间内迅 速上升，过高的温度会使聚合树酯由结晶状变成胶状，这时被束缚在聚合树酯上的导体便会分离， 阻抗迅速提高，使回路的电流迅速变小，达到保护目的，在回路电流变小后，若导致过流的故障 并未排除，回路中仍会保持一定的电流值，该电流会使PTC保持在发热状态，并维持高阻态，待 过流故障排除后，温度下降，导体炼键又重新建立，PTC会自动恢复成低阻抗导体。 自恢复保险丝的保护动作时间是衡量它好坏的一个重要参数，该参数与其内阻、环境温度和动作 前所流过的电流大小有关，环境温度越高，内阻或电流越大，其温度上升越快，因此其保护动作 越快。 由于自恢复保险丝是串联在电源电路中使用，在流过电流时，需要消耗一定的电能，因此它的内 阻也是一个重要参数，从耗能与对外供电能力上看，其内阻越小越好，但内阻小会使过流保护时 的反应速度变慢，并会使保护后维持其发热的电流较大，因此在实际使用中，应按具体的应用情 况来选择合适规格的PTC。 由于自恢复保险丝的以上特性，在手机电池中被广泛应用于过流和短路保护，使电池的安全 性得以提高。 自恢复保险丝的型号、规格很多，仅美国瑞侃公司生产的就有十多个系列，每一系列又有十 几个规格。国内也有不少厂家生产此类PTC，如维安、中基、亚光、武进等等，某些品牌的质量 也相当不错。 二、手机电池中的NTC热敏电阻介绍 对于许多从事电子行业的人来说，对NTC热敏电阻并不陌生，它是一种以过渡金属氧化物为主要 原材料，采用电子陶瓷工艺制成的热敏半导体陶瓷元件，它的电阻值随温度升高而降低，利用这 一特性可制成测温、温度补偿和控温元件，又可以制成功率型元件，抑制电路的浪涌电流。它的 价格低廉，在电子产品中被广泛应用，而且具有多种封装型式，能够很方便地应用到各种电路中。 电池中的NTC大多数为贴片封装，其大小从0402到0805都有，它在电池中主要起温度监测的作用， 在电池的充、放电过程中，手机根据其阻值大小来判断电池温度，而后作相应控制，如停止充电 或涓流充电等。 NTC根据材料、工艺等不同情况，有不同的阻值和温度变化特性，其阻值随温度的变化曲线是非 线性的，其特性符合以下公式： 式中的R25是热敏电阻在25℃室温下的阻值，B是热敏电阻材料的开尔文(Kelvi