
热敏电阻(NTC/PTC)的工作原理与应用案例
2025-07-11 17:24:32
晨欣小编
一、热敏电阻的基础概念
1. 什么是热敏电阻?
热敏电阻是一种对温度敏感的电阻器,其电阻值随温度变化而发生明显变化。主要应用在温度检测、电路保护等场合。
2. 分类方式
类型
全称
特点
NTC | Negative Temperature Coefficient | 温度升高,电阻下降 |
PTC | Positive Temperature Coefficient | 温度升高,电阻上升 |
二、NTC热敏电阻原理与特性
1. 工作原理
NTC热敏电阻多由锰、钴、镍等金属氧化物烧结而成,其导电性受温度影响较大:
温度↑ → 自由电子↑ → 导电性↑ → 电阻↓
该行为近似呈指数关系,可通过以下公式描述:
R(T) = R₀ × e^(B × (1/T - 1/T₀))
其中:
R(T) 为当前温度下电阻
R₀ 为参考温度(通常为25°C)下的电阻
B 为材料常数
T 为热力学温度(K)
2. 特性总结
高灵敏度:阻值变化率高;
响应快:适用于动态温度检测;
低成本、小尺寸;
阻值范围广(1Ω ~ 数百kΩ);
存在非线性误差,需配合校准或查表处理;
三、PTC热敏电阻原理与特性
1. 工作原理
PTC热敏电阻的电阻值随着温度上升而升高,尤其在某一临界温度(Curie点)后,电阻急剧上升。
温度↑ → 晶体结构畸变 → 电阻↑
主要材料为钛酸钡(BaTiO₃)基陶瓷。
2. 特性总结
自限流能力:电阻升高自动减少电流;
适合作保护器件:防过流、防过热;
有明显“跳变点”(通常为60°C~150°C);
多次使用后特性稳定,寿命长;
四、NTC/PTC热敏电阻的实际应用案例
1. NTC在温度检测中的应用
✅ 应用场景:
电池温度检测(锂电、镍氢电池)
CPU、功放模块热保护
3D打印机热端温度控制
✅ 实例说明:
在笔记本电池管理系统(BMS)中,NTC贴片热敏电阻(如10kΩ@25°C)通过分压方式与MCU相连,实时监测电池温度,超过阈值即停止充电/放电。
✅ 推荐型号:
Murata NCP15/21系列
TDK NTCG系列
EPCOS B57891系列
2. NTC在电源浪涌抑制中的应用
✅ 应用场景:
开关电源的启动浪涌抑制
电机启动限流
大电容预充电
✅ 原理说明:
启动瞬间NTC阻值高,限制浪涌电流;工作一段时间后温度升高→电阻下降→基本不影响电路正常运行。
✅ 实例说明:
在AC-DC适配器输入端加入5D-11 NTC电阻,可将浪涌电流从60A压降至10A以下,保护整流桥和滤波电容。
3. PTC在过流保护中的应用
✅ 应用场景:
电机过热保护
USB、I/O端口电流保护
小家电故障保护
✅ 实例说明:
PTC器件串联在负载电路中,当电流超过设定值导致温度升高→电阻骤升→限流至毫安级,起到“自复位保险丝”的作用。
✅ 常见型号:
Littelfuse PolySwitch 系列
Bourns MF-R 系列
TE Circuit Protection RXE 系列
4. PTC在加热元件中的应用
✅ 应用场景:
恒温加热器
除雾加热膜(汽车后窗)
除湿器等智能加热控制
✅ 原理说明:
PTC自身发热→温度升高→电阻增大→自限温功能,无需外部控制电路,节能且安全。
五、热敏电阻的选型建议
1. 明确用途:测温?限流?保护?
若需精准测温,选NTC热敏电阻
若需自限流、自复位功能,选PTC热敏电阻
2. 关注参数:
参数
说明
阻值 | 常温阻值(25℃下常用值为10kΩ) |
B值 | 温度特性常数,决定敏感度 |
响应时间 | 用于快速变化场景需关注 |
耐压/耐电流 | 特别用于保护或电源输入时关注 |
工作温区 | -40℃~+125℃/150℃典型范围 |
3. 封装形式选择:
封装类型
特点与应用
贴片型(SMD) | 尺寸小,适合PCB自动化贴装 |
插件型 | 功率大,适合电源启动浪涌等 |
薄膜型 | 精度高,用于精密测温 |
六、热敏电阻的注意事项与布线建议
避免自发热干扰测温:NTC贴片应远离功耗器件;
确保热耦合紧密:与被测器件之间应有良好热传导(如涂导热胶);
电源浪涌使用NTC需考虑散热:长时间高电流可能造成烧毁;
PTC使用时需留有升温空间:避免过度紧凑,影响自恢复功能;
与MCU ADC接口搭配需计算分压,确保ADC工作范围内有足够分辨率。