PTC چیست؟ | چگونه باعث ایمنی مدار در برابر جریان بیش از حد می‌شود

زمان مطالعه: در حال محاسبه...

share icon
لینک با موفقیت کپی شد!

فهرست مطالب

مقدمه

اگر تا به حال دستگاهی را دیده‌ای که بعد از گرم شدن خودبه‌خود خاموش می‌شود و پس از مدتی دوباره کار می‌کند، احتمالاً درون آن یک PTC ترمیستور وجود دارد.
PTC (Positive Temperature Coefficient) نوعی مقاومت حرارتی است که با افزایش دما، مقدار مقاومت آن نیز افزایش می‌یابد. این ویژگی باعث می‌شود در شرایطی که جریان بیش از حد یا حرارت غیرعادی در مدار به‌وجود می‌آید، PTC مقاومت خود را بالا ببرد و عبور جریان را محدود کند. به همین دلیل، PTC یکی از ساده‌ترین و مؤثرترین قطعات حفاظتی در مدارهای الکترونیکی، منابع تغذیه، موتورها و باتری‌هاست.
پس از کاهش دما، مقاومت آن دوباره کاهش یافته و مدار به حالت عادی برمی‌گردد. در واقع، PTC مانند فیوز خودبازگشت (Resettable Fuse) عمل می‌کند؛ بدون نیاز به تعویض، خود را بازیابی می‌کند و مدار را از خطرات الکتریکی حفظ می‌نماید.

چرا مدار به PTC نیاز دارد؟

ترمیستور PTC در مدار الکترونیکی برای کنترل و تثبیت دما

در مدارهای الکتریکی، دو خطر اصلی وجود دارد: جریان بیش از حد و افزایش دما. این دو عامل می‌توانند باعث سوختن قطعات، ذوب سیم‌ها یا حتی آتش‌سوزی شوند.
در گذشته برای حفاظت از مدار تنها از فیوزهای ذوب‌شونده استفاده می‌شد. اما امروزه با وجود PTCها، حفاظت هوشمندتر و قابل بازیابی بدون نیاز به تعویض فراهم شده است.

PTC چیست؟

ترمیستور PTC دمایی برای حفاظت مدارهای الکترونیکی

واژه PTC مخفف Positive Temperature Coefficient به معنی «ضریب دمایی مثبت» است.
یعنی هرچه دمای قطعه افزایش یابد، مقاومت آن نیز افزایش پیدا می‌کند.
رفتار الکتریکی PTC در نمودار مقاومت–دما به‌صورت زیر است:

  • در ابتدا (دمای پایین)، مقاومت تقریباً ثابت است.
    اما با رسیدن به نقطه‌ای خاص به نام دمای بحرانی (Curie Point)، مقاومت به‌صورت ناگهانی افزایش می‌یابد.

این خاصیت به PTC اجازه می‌دهد تا به‌صورت غیرفعال اما هوشمند مدار را در برابر اضافه‌جریان و حرارت بالا محافظت کند.

ساختار و مواد سازنده PTC

PTC ترمیستور معمولاً از ترکیب سرامیک‌هایی مانند باریم تیتانات (BaTiO3) و اکسیدهای فلزی دیگر ساخته می‌شود.
این مواد دارای خاصیت فِرّوالکتریک هستند که در دمای معینی رفتار الکتریکی آن‌ها تغییر می‌کند.

ساختار آن شامل:

  1. بدنه سرامیکی دیسکی یا مستطیلی

  2. الکترودهای فلزی در دو طرف

  3. پوشش اپوکسی یا شیشه‌ای برای محافظت در برابر رطوبت و شوک حرارتی

نحوه عملکرد PTC در مدار

عملکرد PTC را می‌توان در سه مرحله ساده توضیح داد:

1. در حالت عادی:

دمای محیط پایین است → مقاومت PTC کم → جریان به‌راحتی عبور می‌کند.

2. در شرایط غیرعادی (افزایش جریان یا دما):

دمای PTC بالا می‌رود → مقاومت به‌صورت نمایی افزایش می‌یابد → جریان محدود می‌شود.

3. بازگشت به حالت اولیه:

با کاهش دما، مقاومت PTC دوباره پایین آمده و مدار به حالت نرمال بازمی‌گردد.

  • به همین دلیل، PTC را فیوز خودبازگشت (Resettable Fuse) نیز می‌نامند.

انواع PTC ترمیستور

انواع ترمیستورهای PTC، قطعات الکترونیکی، حفاظت مدار، کنترل دما، مونتاژ برد مدار چاپی (PCB)
نوع PTCساختارمحدوده دماییکاربرد اصلیویژگی خاص
PTC سرامیکیدیسکی-40 تا +125°Cموتور و بخاریتوان بالا
PTC پلیمری (PolySwitch)مستطیلی یا دیسکی کوچک-40 تا +85°Cبردهای الکترونیکی و USBخودبازگشت سریع
PTC SMDنصب سطحی-20 تا +85°Cموبایل و تجهیزات قابل حملابعاد کوچک
PTC شیشه‌ای (Glass Encapsulated)روکش سخت-55 تا +150°Cمحیط‌های صنعتیمقاومت بالا در برابر شوک

در مدارهای کنترلی و تغذیه معمولاً از PTC پلیمری استفاده می‌شود.

نقش PTC در حفاظت مدار

PTC مانند یک محافظ هوشمند جریان و حرارت عمل می‌کند. چند نمونه از عملکرد حفاظتی آن عبارت‌اند از:

محافظت در برابر جریان بیش از حد (Overcurrent Protection):

وقتی جریان بیش از مقدار مجاز عبور کند، گرما تولید شده و مقاومت PTC بالا می‌رود؛ جریان کاهش یافته و مدار ایمن می‌ماند.

محافظت در برابر افزایش دما (Overtemperature Protection):

در محیط‌های گرم یا هنگام خرابی تهویه، دمای کلی مدار بالا می‌رود. PTC در این شرایط با افزایش مقاومت از آسیب جلوگیری می‌کند.

محافظت خودکار و برگشت‌پذیر:

برخلاف فیوزهای معمولی، پس از رفع خطا PTC به حالت اولیه بازمی‌گردد؛ نیازی به تعویض ندارد.

مثال کاربردی: عملکرد PTC در منبع تغذیه

در یک آداپتور یا منبع تغذیه سوئیچینگ، اگر جریان مصرفی بیش از حد شود، PTC در مسیر ورودی فعال می‌شود. مقاومت آن بالا می‌رود و ولتاژ خروجی کاهش می‌یابد.
وقتی بار کاهش یابد، PTC سرد شده و جریان دوباره برقرار می‌شود.
این عملکرد، مدار را در برابر اتصال کوتاه یا بار اضافه محافظت می‌کند.

مقایسه PTC با NTC

مقایسه ترمیستورهای PTC و NTC، نمودار مقاومت-دما، حسگرهای دما، الکترونیک
ویژگیPTC ترمیستورNTC ترمیستور
ضریب دمامثبتمنفی
عملکردافزایش مقاومت با افزایش دماکاهش مقاومت با افزایش دما
کاربردحفاظت جریان و دمامحدودکننده جریان هجومی
زمان پاسخسریعمتوسط
قابل بازیابیبلهبله
قیمتمتوسطپایین‌تر

در واقع، PTC محافظ مدار است در حالی که NTC برای راه‌اندازی نرم و کنترل جریان اولیه به‌کار می‌رود.

نحوه تست PTC ترمیستور

برای اطمینان از سلامت PTC مراحل زیر را انجام بده:

1. اندازه‌گیری مقاومت در دمای محیط:

با مولتی‌متر مقدار مقاومت اولیه را یادداشت کنید.

2. گرم کردن PTC:

با سشوار یا هویه دمای آن را کمی بالا ببرید.

3. بررسی تغییر مقاومت:

  • اگر مقاومت به‌شدت افزایش یابد، قطعه سالم است.
  • در صورت ثابت ماندن یا تغییر اندک، PTC معیوب است.

نحوه انتخاب PTC مناسب برای مدار

در هنگام خرید یا طراحی مدار باید موارد زیر را در نظر گرفت:

  1. حداکثر ولتاژ کاری (Vmax)

  2. جریان نگهدارنده (Ihold): مقدار جریانی که PTC در حالت نرمال می‌تواند عبور دهد.

  3. جریان قطع (Itrip): مقدار جریانی که باعث فعال شدن PTC می‌شود.

  4. مقاومت اولیه (Rmin): مقدار مقاومت در دمای اتاق.

  5. زمان پاسخ: هرچه سریع‌تر، بهتر برای مدارهای حساس.

به عنوان مثال، برای پورت USB که جریان حداکثر ۵۰۰ میلی‌آمپر دارد، PTC با Ihold حدود ۰.۷A مناسب است.

کاربردهای PTC در صنایع و تجهیزات

  • حفاظت پورت‌های USB و باتری لپ‌تاپ‌ها

  • مدارهای شارژ موبایل و پاوربانک

  • موتورهای کولر گازی و یخچال

  • منابع تغذیه و آداپتورها

  • سیستم‌های گرمایش برقی و هیترها

  • تجهیزات صنعتی و سنسورهای دما

در واقع، PTC در هر جایی که خطر افزایش دما یا جریان وجود دارد، نقش کلیدی در ایمنی دارد

مزایا و معایب PTC

مزایا

  • فیوز خودبازگشت، بدون نیاز به تعویض

  • عملکرد سریع و خودکار

  • هزینه نگهداری پایین

  • ابعاد کوچک و نصب آسان

معایب

  • تحمل جریان محدود نسبت به فیوز کلاسیک

  • حساس به دمای محیط

  • در توان‌های بالا نیاز به خنک‌سازی دارد

نکات مهم هنگام استفاده از PTC

  • PTC را در مسیر ورودی تغذیه یا بار حساس قرار بده.

  • از تماس مستقیم با منابع گرمایی دیگر پرهیز کن.

  • برای کارایی بهتر، در محیط‌های خنک و با تهویه مناسب نصب شود.

  • در مدارهای ولتاژ بالا از مدل سرامیکی استفاده کن.

  • در صورت استفاده در بردهای SMD، جریان کاری را کمتر از حد ماکزیمم تنظیم کن.

سؤالات متداول

1. آیا PTC بعد از عمل کردن خراب می‌شود؟

خیر، پس از خنک شدن دوباره قابل استفاده است.

2. آیا PTC جایگزین فیوز معمولی است؟

در بسیاری از مدارها بله، اما در ولتاژهای خیلی بالا بهتر است از هر دو به‌صورت ترکیبی استفاده شود.

3. تفاوت PTC با فیوز معمولی چیست؟

PTC بعد از عمل، خودبه‌خود به حالت اولیه برمی‌گردد، در حالی که فیوز باید تعویض شود.

4. آیا PTC می‌تواند جایگزین واریستور شود؟

خیر، واریستور از ولتاژ اضافی محافظت می‌کند، نه از جریان.

جمع‌بندی: چرا PTC بهترین محافظ مدار است؟

PTC ترمیستور، قطعه‌ای کوچک اما حیاتی در حفاظت مدار است.
این قطعه با خاصیت «ضریب دمایی مثبت»، هنگام افزایش دما یا جریان، مقاومت خود را بالا می‌برد و مسیر عبور جریان را محدود می‌کند.
به‌این‌ترتیب، مدار در برابر خطرات جریان بیش از حد، دمای بالا و اتصال کوتاه محافظت می‌شود.

در طراحی‌های مدرن، ترکیب PTC با واریستور و فیوز معمولی بهترین ایمنی را فراهم می‌کند.
به زبان ساده: اگر می‌خواهی مدار قابل اعتماد و ایمنی بسازی، PTC را فراموش نکن.

لطفا میزان رضایت خود را از این مطلب اعلام کنید؟

از 1 تا 5 ستاره به این مطلب امتیاز دهید.

این مطلب تاکنون 1 رأی با میانگین 5 از ۵ ستاره کسب کرده است.

اولین نفر باشید که به این مطلب امتیاز می دهد.

دیدگاهتان را بنویسید

جدیدترین محصولات