Was ist ein Kaltleiter?
Ein Kaltleiter ist ein elektronisches Bauteil, dessen Widerstandswert ab einer bestimmten Temperatur schnell ansteigt. Er wird auch PTC-Thermistor genannt.
PTC steht für Positive Temperature Coefficient, was bedeutet, dass eine positive Korrelation zwischen Temperatur und Widerstand besteht. Thermistor leitet sich von dem Begriff Thermal Sensitive Resistor ab. Er bezieht sich auf ein Bauteil, das die Temperatur anhand der Differenz des elektrischen Widerstands messen kann, wenn ein Widerstandselement mit dem zu messenden Objekt in Kontakt gebracht wird. Das Widerstandselement ist durch die Verwendung eines Metalloxid-Halbleiters gekennzeichnet.
Überstromschutzeinrichtungen mit Kaltleitern werden auch als rückstellbare Sicherungen bezeichnet. Die Funktionsweise der Röhren- und Messersicherungen unterscheidet sich von dem der herkömmlichen Sicherungen, da sie Legierungselemente verwenden, die nach dem Durchbrennen ausgetauscht werden müssen.
Bei rücksetzbaren Sicherungen wird der Kaltleiter heiß, wenn in einem Stromkreis ein zu hoher Strom fließt, und sein Widerstand erhöht sich, wodurch der Stromwert begrenzt wird. Wenn die Ursache des übermäßigen Stroms beseitigt ist, sinkt die Temperatur des Kaltleiters und sein Widerstand wird geringer. Er wird daher als rücksetzbare Sicherung verwendet.
Anwendungen von Kaltleitern
Kaltleiter werden in elektronischen Leiterplatten verwendet und kommen in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz, von Haushaltsgeräten bis hin zu industriellen Anwendungen. Nachstehend einige Beispiele für Anwendungen von Kaltleitern:
- Überstrom- und Überlastschutz für Smartphones usw.
- Überlastungsschutz für Kleinmotoren
- Elektrische Teppiche und elektrische Heizgeräte
- Überlastungsschutz von Motoren und Leistungshalbleitern
Kaltleiter haben bei niedrigen Temperaturen einen niedrigen Widerstandswert, bei Überhitzung durch zu hohen Strom steigt der Widerstandswert jedoch schnell an. Aufgrund dieses Mechanismus werden sie zum Überstromschutz in elektrischen Schaltungen eingesetzt. Zu den Stromkreisen, in denen sie eingesetzt werden, gehören Heizkreise und elektronische Kommunikationsgeräte.
Auch beim Einsatz von Leistungshalbleitern und Motoren muss ein Überhitzungsschutz berücksichtigt werden. Hier kommen Kaltleiter zum Einsatz. Zum Schutz vor Überhitzung werden Kaltleiter verwendet, indem sie zur Wärmeabfuhr physisch mit Kühlkörpern oder Motorwicklungen gekoppelt werden.
Die charakteristische Widerstandserhöhung des Kaltleiters wird zur Erkennung einer Überhitzung genutzt, und der Schaltkreis wird so konfiguriert, dass er den Betrieb stoppt oder die Stromversorgung abschaltet.
Funktionsweise von Kaltleitern
Kaltleiter haben drei Hauptmerkmale:
1. Widerstandstemperaturkennlinie
Der Widerstandswert ist von der Raumtemperatur bis zum Curie-Punkt (Temperatur, bei der der Widerstandswert etwa doppelt so hoch ist wie bei Raumtemperatur) nahezu konstant und steigt nach Überschreiten des Curie-Punkts rasch an. Diese Eigenschaft ermöglicht es dem Gerät, Überhitzungen in elektronischen Schaltungen schnell zu erkennen und den Strom zu begrenzen, wodurch der Ausfall elektronischer Bauteile verhindert wird.
2. Statische Kennlinie (Spannungs-Strom-Kennlinie)
Bis zum Überschreiten des Curie-Punktes steigt der Strom proportional zum Anstieg der Spannung. Sobald der Curie-Punkt überschritten ist, steigt der Widerstand des Kaltleiters selbst und der Stromwert sinkt. Mit anderen Worten, es wird eine konstante Leistung beibehalten. Die Spannungs-Strom-Kennlinie ist durch eine bergige Kurve gekennzeichnet.
3. Dynamische Eigenschaften (Strom-Zeit-Kennlinie)
Die Strom-Zeit-Kennlinie von Kaltleitern zeichnet sich dadurch aus, dass der Stromwert mit der Zeit abnimmt. Sie werden z. B. beim Motoranlauf eingesetzt, indem man sich die Eigenschaft zunutze macht, dass unmittelbar nach dem Einschalten ein großer Strom fließen kann.
Arten von Kaltleitern
Kaltleiter können in zwei Haupttypen unterteilt werden, nämlich auf Polymerbasis und auf Keramikbasis.
1. Auf Polymerbasis
Kaltleiter auf Polymerbasis werden durch Mischen von Polymermaterialien wie Polyethylen mit leitenden Partikeln hergestellt. Als leitende Partikel werden Ruß und Nickel verwendet.
Sie sind auch unter der Abkürzung PPTC bekannt. Rückstellbare Sicherungen werden auch Polyswitches usw. genannt, aber der Name leitet sich von dem Polymer ab. Kaltleiter werden nur für Überstromschutzanwendungen verwendet.
2. Auf Keramikbasis
Kaltleiter bestehen aus Keramik, einem Material, das aus Bariumtitanat mit einem geringen Anteil an Seltenerdmetallen besteht. Die Curie-Temperatur wird durch die Menge und Art des Zusatzes eingestellt. Sie werden nicht nur für den Überstromschutz, sondern auch für Entmagnetisierungsschaltungen und selbstregulierende Heizelemente verwendet.