サーミスタの性能を評価し、適切な製品を選択するには、技術的なパラメータとアプリケーションシナリオの両方を総合的に考慮する必要があります。詳細なガイドを以下に示します。
I. サーミスタの品質を判断するには?
主要なパフォーマンスパラメータは評価の中心となります。
1. 公称抵抗値（R25）：
- 意味：特定の基準温度（通常は 25°C）における抵抗値。
- 品質判断:公称値自体が本質的に良いとか悪いとかいうものではありません。重要なのは、それがアプリケーション回路の設計要件（例：分圧器、電流制限）を満たしているかどうかです。一貫性（同一バッチ内での抵抗値のばらつき）は製造品質の重要な指標であり、ばらつきが小さいほど優れています。
- 注記：NTC と PTC は、25°C での抵抗範囲が大きく異なります (NTC: オームからメガオーム、PTC: 通常はオームから数百オーム)。
2. B値（ベータ値）:
- 意味：サーミスタの抵抗値の温度変化に対する感度を表すパラメータ。通常、特定の2つの温度間のB値を指します（例：B25/50、B25/85）。
- 計算式: B = (T1 * T2) / (T2 - T1) * ln(R1/R2)
- 品質判断:
- NTC:B値が高いほど温度感度が高く、温度による抵抗変化が急峻になります。B値が高いほど温度測定の分解能は高くなりますが、広い温度範囲にわたる直線性は低下します。B値のばらつき（バッチ内におけるばらつき）は非常に重要です。
- PTC:B値（温度係数αの方が一般的ですが）は、キュリー点以下の抵抗値の増加率を表します。スイッチング用途では、キュリー点付近での抵抗値の急峻さ（α値）が重要です。
- 注記：メーカーによって B 値は異なる温度ペア (T1/T2) を使用して定義される場合があります。比較する際には一貫性を確保してください。
3. 精度（許容範囲）
- 意味：実際の値と公称値の間の許容偏差範囲。通常、次のように分類されます。
- 抵抗値精度:25°C における公称抵抗値からの実際の抵抗値の許容偏差 (例: ±1%、±3%、±5%)。
- B値の精度:実際の B 値と公称 B 値の許容偏差 (例: ±0.5%、±1%、±2%)。
- 品質判断:精度が高いほど性能は向上しますが、通常はコストが高くなります。高精度アプリケーション（例：精密温度測定、補償回路）では、高精度製品（例：R25±1%、B値±0.5%）が必要です。精度の低い製品は、要求の厳しいアプリケーション（例：過電流保護、大まかな温度表示）に使用できます。
4. 温度係数 (α):
- 意味：温度（通常は基準温度25°C付近）に対する抵抗値の相対変化率。NTCの場合、α = - (B / T²) (%/°C) です。PTCの場合、キュリー点以下ではわずかに正のαが存在し、キュリー点付近では急激に増加します。
- 品質判断:|α| 値が高い（NTCの場合は負、PTCの場合はスイッチポイント付近で正）ことは、高速応答や高感度が求められるアプリケーションにおいて有利です。ただし、これは有効動作範囲が狭くなり、直線性が悪化することを意味します。
5. 熱時定数（τ）
- 意味：ゼロ電力の状態で、周囲温度が段階的に変化したときに、サーミスタの温度が総差の 63.2% 変化するのに必要な時間。
- 品質判断:時定数が小さいほど、周囲温度の変化に対する応答が速くなります。これは、高速な温度測定や反応（過熱保護、気流検知など）が求められる用途にとって非常に重要です。時定数は、パッケージサイズ、材料の熱容量、熱伝導率によって影響を受けます。小型でカプセル化されていないビーズ型NTCは、最も速く応答します。
6. 散逸定数（δ）:
- 意味：サーミスタ自身の消費電力により、サーミスタの温度を周囲温度より 1°C 上げるために必要な電力 (単位: mW/°C)。
- 品質判断:放散定数が高いほど、自己発熱の影響が小さくなります（つまり、同じ電流値での温度上昇が小さくなります）。自己発熱が小さいほど測定誤差が小さくなるため、これは正確な温度測定にとって非常に重要です。放散定数が低いサーミスタ（小型で断熱されたパッケージ）は、測定電流による自己発熱誤差が大きく発生しやすくなります。
7. 最大定格電力（Pmax）：
- 意味：サーミスタが損傷や永続的なパラメータドリフトなしに、指定された周囲温度で長期間安定して動作できる最大電力。
- 品質判断:アプリケーションの最大消費電力要件を十分なマージン（通常はディレーティング）で満たす必要があります。電力処理能力が高い抵抗器ほど信頼性が高くなります。
8. 動作温度範囲：
- 意味：パラメータが指定された精度制限内に留まりながらサーミスタが正常に動作できる周囲温度範囲。
- 品質判断:範囲が広いほど適用範囲が広くなります。アプリケーションにおける最高および最低周囲温度がこの範囲内に収まるようにしてください。
9. 安定性と信頼性：
- 意味：長期使用時や温度サイクル、高温/低温保管後でも安定した抵抗値と B 値を維持する能力。
- 品質判断:精密アプリケーションでは高い安定性が不可欠です。ガラス封止または特殊処理されたNTCは、一般的にエポキシ封止のものよりも長期安定性に優れています。スイッチング耐久性（故障することなく耐えられるスイッチングサイクル数）は、PTCの重要な信頼性指標です。
II. ニーズに合った適切なサーミスタを選択するには?
選択プロセスでは、パフォーマンス パラメータをアプリケーション要件と一致させる必要があります。
1. アプリケーションの種類を特定する:これが基礎です。
- 温度測定：NTCが推奨されます。精度（R値とB値）、安定性、動作温度範囲、自己発熱効果（放散定数）、応答速度（時定数）、直線性（または線形化補正の必要性）、パッケージタイプ（プローブ、SMD、ガラス封止）に注目してください。
- 温度補償: NTC一般的に使用されます（トランジスタや水晶などのドリフトを補償するため）。NTCの温度特性が補償対象部品のドリフト特性と一致することを確認し、安定性と精度を優先してください。
- 突入電流制限：NTCが推奨されます。重要なパラメータは公称抵抗値（初期制限効果を決定）、最大定常電流/電力（通常運転時の処理能力を決定する）、最大サージ電流耐性（特定の波形のI²t値またはピーク電流）、および回復時間(電源オフ後に低抵抗状態まで冷却されるまでの時間。頻繁にスイッチングするアプリケーションに影響します)。
- 過熱/過電流保護: PTC（リセット可能ヒューズ）が一般的に使用されます。
- 過熱保護:キュリー点が通常動作温度の上限よりわずかに高いPTCをお選びください。トリップ温度、トリップ時間、リセット温度、定格電圧／電流に注目してください。
- 過電流保護:回路の通常の動作電流よりわずかに高いホールド電流と、損傷を引き起こす可能性のあるレベルより低いトリップ電流を持つPTCを選択してください。主なパラメータには、ホールド電流、トリップ電流、最大電圧、最大電流、トリップ時間、抵抗などがあります。
- 液面/流量検出：NTC自己発熱効果を利用したものが一般的に使用されています。重要なパラメータは、放熱定数、熱時定数（応答速度）、電力処理能力、パッケージ（媒体の腐食に対する耐性が必要）です。
2. 主要なパラメータ要件を決定する:アプリケーションシナリオに基づいてニーズを定量化します。
- 測定範囲:測定する最低温度と最高温度。
- 測定精度要件:許容される温度誤差範囲はどの程度でしょうか? これによって必要な抵抗と B 値の精度グレードが決まります。
- 応答速度要件:温度変化をどのくらい速く検出する必要がありますか？これにより必要な時定数が決まり、パッケージの選択に影響します。
- 回路インターフェース:回路におけるサーミスタの役割（分圧器？直列電流制限器？）。これにより、必要な公称抵抗範囲と駆動電流／電圧が決定され、自己発熱誤差の計算に影響します。
- 環境条件:湿度、化学腐食、機械的ストレス、絶縁の必要性？これらはパッケージの選択（エポキシ、ガラス、ステンレス鋼シース、シリコンコーティング、SMD など）に直接影響します。
- 消費電力制限:回路はどれくらいの駆動電流を供給できますか？ 自己発熱による温度上昇はどれくらい許容されますか？ これにより、許容可能な放熱定数と駆動電流レベルが決まります。
- 信頼性要件:長期にわたる高い安定性が必要ですか? 頻繁なスイッチングに耐える必要がありますか? 高電圧/高電流耐性が必要ですか?
- サイズ制約:PCBスペース？実装スペース？
3. NTC または PTC を選択します。これは通常、ステップ 1 (アプリケーションの種類) に基づいて決定されます。
4. 特定のモデルをフィルタリングする:
- メーカーのデータシートを参照してください:これは最も直接的で効果的な方法です。主要メーカーには、Vishay、TDK（EPCOS）、村田製作所、Semitec、Littelfuse、TR Ceramicなどがあります。
- 一致パラメータ:ステップ 2 で特定された主要な要件に基づいて、公称抵抗、B 値、精度グレード、動作温度範囲、パッケージ サイズ、放散定数、時定数、最大電力などの基準を満たすモデルのデータシートを検索します。
- パッケージタイプ:
- 表面実装デバイス（SMD）：小型で高密度SMTに適しており、低コストです。応答速度は中程度、放熱定数は中程度、消費電力は低めです。一般的なサイズ：0201、0402、0603、0805など。
- ガラスカプセル化:応答速度が非常に速く（時定数が小さい）、安定性に優れ、高温耐性に優れています。小型ですが壊れやすいため、精密温度プローブのコアとしてよく使用されます。
- エポキシコーティング：低コスト、ある程度の保護機能。応答速度、安定性、耐熱性は平均的。
- アキシャル/ラジアルリード:比較的高い電力処理能力があり、手作業によるはんだ付けやスルーホール実装が容易です。
- 金属/プラスチックケース入りプローブ:取り付けと固定が容易で、絶縁性、防水性、耐腐食性、機械的保護を提供します。応答速度は低速です（ハウジング/充填物によって異なります）。信頼性の高い取り付けが求められる産業用および家電製品アプリケーションに適しています。
- 表面実装電源タイプ:高電力突入電流制限、大型サイズ、強力な電力処理向けに設計されています。
5. コストと可用性を考慮する:安定した供給と許容可能なリードタイムを備え、性能要件を満たすコスト効率の高いモデルを選択してください。高精度、特殊パッケージ、高速応答モデルは通常、より高価です。
6. 必要に応じてテスト検証を実行する:特に精度、応答速度、信頼性が関係する重要なアプリケーションの場合は、実際の動作条件またはシミュレートされた動作条件でサンプルをテストします。
選考手順の概要
1. ニーズを定義する:アプリケーションは何ですか? 何を測定するのですか? 何を保護するのですか? 何を補償するのですか?
2. タイプを決定する:NTC (測定/補償/制限) または PTC (保護)?
3. パラメータを定量化する:温度範囲は？精度は？応答速度は？電力は？サイズは？環境は？
4. データシートを確認する:ニーズに基づいて候補モデルをフィルタリングし、パラメータ テーブルを比較します。
5. レビューパッケージ:環境、マウント、応答に応じて適切なパッケージを選択します。
6. コストを比較する:要件を満たす経済的なモデルを選択してください。
7. 検証:重要なアプリケーションに対して、実際の条件またはシミュレーション条件でサンプルのパフォーマンスをテストします。
性能パラメータを体系的に分析し、それらを具体的なアプリケーション要件と組み合わせることで、サーミスタの品質を効果的に判断し、プロジェクトに最適なサーミスタを選定することができます。「最高の」サーミスタは存在せず、特定のアプリケーションに「最も適した」サーミスタが存在するだけであることを覚えておいてください。選定プロセスにおいては、詳細なデータシートが最も信頼できる参考資料となります。
投稿日時: 2025年6月15日