Heraeus Electronics | Зак Келли | Проектирование печатных нагревателей: устранение паразитного на...

Докладчик: Зак Келли Компания: Heraeus Electronics Мероприятие: День инноваций в аддитивной, устойчивой и 3D-электронике 2025 Место проведения: Онлайн-платформа TechBlick Организатор: TechBlick Даты проведения: 04.04.2025 Ссылка: https://www.techblick.com/festival/perovskite-innovation-day-25 Следующее мероприятие: Подробнее здесь https://www.techblick.com/ Краткое содержание фрагмента: Для решения проблемы неоптимальной работы первоначальной конструкции нагревателя была использована простая схема для анализа компоновки. Модель оценивает сопротивление левой и правой шин относительно сопротивления ячеек с положительным температурным коэффициентом (PTC). В идеале сопротивление ячеек PTC должно быть значительно больше общего сопротивления шин. Однако в первоначальной конструкции сопротивление PTC было лишь немного выше сопротивления шин. Этот дисбаланс в сочетании с зависимостью от длины проводников значительно увеличивал сопротивление некоторых участков цепи, что приводило к неравномерному нагреву. Для решения этих проблем была разработана улучшенная конструкция за счет увеличения размера шин. Это изменение обеспечило значительно большее сопротивление терморезисторной пасты по сравнению с общим сопротивлением шин, минимизируя вклад шин в общее сопротивление цепи. В результате различные электрические пути достигли очень схожих сопротивлений, что привело к равномерной работе. Тестирование обновленной конструкции подтвердило равномерный нагрев по всей цепи без нежелательного нагрева шин, поскольку мощность успешно отводилась обратно к терморезисторным блокам для обеспечения ожидаемой саморегулирующейся реакции. Полное описание: В данной работе представлены терморезисторные нагреватели с положительным температурным коэффициентом (PTC), которые демонстрируют почти экспоненциальную зависимость сопротивления от температуры по сравнению с линейной зависимостью типичных металлических нагревателей. Эта характеристика обеспечивает саморегулирующееся управление температурой без необходимости использования внешних датчиков или контроллеров, что позволяет быстро нагревать цепь без перегрева. Терморезисторные нагреватели используются в нагревателях, датчиках и системах защиты от перегрузки по току. Проектирование этих нагревателей включает в себя определение целевой температуры, площади, напряжения, мощности и тепловой нагрузки, а затем настройку шин проводников и ячеек с PTC-резисторами. Расстояние между ячейками резисторов регулируется в зависимости от напряжения, при этом для низковольтных применений используется меньшее расстояние порядка одного миллиметра. Для проверки этих материалов проводится тест с изменением напряжения с использованием установки, измеряющей ток и напряжение для расчета сопротивления. В рамках исследования, проведенного совместно с производственным партнером Boyd, команда докладчика проанализировала первоначальный проект заказчика, в котором наблюдался замедленный нагрев в PTC-элементах и перегрев в шине проводника. После проверки стабильности печати от Boyd и качества пасты в субблоках команда определила, что проблема заключалась в неоптимальном колебании сопротивления между PTC-элементами и проводником. В первоначальном проекте сопротивление PTC-элемента было лишь немного больше общего сопротивления шины, что создавало зависимость от пути и неравномерный нагрев. Для решения проблемы команда увеличила размер шины таким образом, чтобы сопротивление PTC-пасты было значительно больше, чем сопротивление всей шины, что привело к равномерному нагреву и отсутствию нагрева шины. Основные выводы заключаются в том, что сопротивление PTC-нагревателя должно быть больше сопротивления проводника при начальной температуре, чтобы предотвратить нагрев шины. В ходе вопросов и ответов докладчик объяснил, что стоимость этих чернил в основном определяется проводящим наполнителем, отметив, что для PTC-чернил обычно используется углерод, что делает их дешевле, чем чернила с использованием золота, серебра или меди. Докладчик также отметил растущий спрос на эти нагреватели в бытовой, автомобильной и медицинской отраслях и описал выгодное партнерство с компанией Boyd в области прототипирования и производства. Ключевые слова: #PrintedHeaters, #ResistanceBalance, #PTCCarbon, #JouleHeating, #PrintedElectronics, #FlexibleElectronics