PTCサーミスタとは
PTCサーミスタとは、ある一定の温度を超えると抵抗値が急上昇する電子部品です。
PTCとは、Positive Temperature Coefficient (正の温度係数) の頭文字をとったもので、温度と抵抗に正の相関があるという意味です。サーミスタ (英: Thermistor) は、Thermal Sensitive Resistor「熱に敏感に反応する抵抗体」から派生した言葉です。抵抗体を被測定体に接触させ、電気抵抗の差から温度を測定することができる部品のことを指します。抵抗体には金属酸化物半導体を使用していることが特徴です。
また、PTCサーミスタを使用した過電流保護装置をリセッタブルヒューズと呼ばれます。管ヒューズやブレードヒューズは一度切れると交換が必要な合金エレメントを使用するため、一般的なヒューズとは原理が異なります。
リセッタブルヒューズは回路に過大電流が流れる場合、PTCサーミスタが高温になり抵抗値が高くなることで電流値が制限されます。過大電流発生の原因が解消されると、PTCサーミスタの温度が低下して抵抗値が低くなります。そのため、復帰可能なヒューズとして利用されます。
PTCサーミスタの使用用途
PTCサーミスタは電子基板などに使用されており、家電製品から産業用途まで幅広く使用されます。以下はPTCサーミスタの使用用途一例です。
- スマートフォンなどの過電流・過負荷保護
- 小型モータの過負荷保護
- 電気カーペットや電気ヒータ
- モーターやパワー半導体の過負荷保護
PTCサーミスタは温度が低い時には抵抗値も低いですが、過大電流によって過熱すると抵抗値が急上昇します。この仕組みにより、電気回路の過電流保護に使用されます。組み込まれる回路はヒーター回路や電子通信機器などです。
また、パワー半導体やモーターなどを使用する際には、過熱の保護を考慮する必要があります。そこでPTCサーミスタが使用されます。過熱から保護するために排熱用のヒートシンクやモーター巻線などと、PTCサーミスタを物理的に熱結合させることで利用します。
PTCサーミスタの特性から抵抗値が増加することを利用し過熱検知を行い、動作の停止や電源遮断を行う形で回路を構成します。
PTCサーミスタの原理
PTCサーミスタは大きく3つの特性を得ています。
1. 抵抗温度特性
抵抗値が室温からキュリー点 (室温の2倍程度の抵抗値を示す温度) まではほぼ一定であり、キュリー点 を超えると急激に抵抗値が上昇します。この性質により、電子回路の過熱を素早く検知して回路電流を制限することで、電子部品の故障を防止します。
2. 静特性 (電圧電流特性)
キュリー点を超えるまでは、電圧の上昇に比例して電流も上昇します。キュリー点を超えるとサーミスタ自体の抵抗値が上昇するため、電流値は減少していきます。すなわち一定電力を保ちます。電圧電流特性は、山なりのようなグラフになるのが特徴です。
3. 動特性 (電流時間特性)
PTCサーミスタの電流時間特性は、時間の経過とともに電流値が減少していく点が特徴的です。通電直後に大きな電流を流すことができる特性を利用して、モータ起動などに使用されます。
PTCサーミスタの種類
PTCサーミスタにはポリマー系とセラミック系の2種類に大分されます。
1. ポリマー系
ポリマー系はポリエチレンなどのポリマー材料に導電性粒子を混ぜて製造されるPTCサーミスタです。導電性粒子にはカーボンブラックやニッケルなどが使用されます。
頭文字を取ってPPTCともばれます。また、リセッタブルヒューズはポリスイッチなどとも呼ばれますが、この名称はポリマーが由来です。過電流保護の用途にのみ使用されるPTCサーミスタです。
2. セラミック系
チタン酸バリウムに微量の希土類元素を添加したセラミックが材料のPTCサーミスタです。添加剤の量や種類を調整することでキュリー温度を調整します。過電流保護のみではなく、消磁回路や自己制御型の加熱素子にも使用されます。
参考文献
https://contents.zaikostore.com/semiconductor/3898/
https://ednjapan.com/edn/articles/1712/20/news012.html
https://www.maximum-tech.co.jp/ptc.html
https://product.tdk.com/info/ja/products/protection/temperature/limt-sensor/technote/apn-limt-sensor.html
https://www.murata.com/ja-jp/products/thermistor/ptc/basic/ptc
https://product.tdk.com/info/ja/products/protection/temperature/limt-sensor/technote/apn-limt-sensor.html