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本文的重点：一是实施理论方案，制作成PTC加热台，二是通过测试PTC加热片，深入理解PTC本质和应用。为方便铝基板灯珠等大面积、强散热器件的焊接和拆焊，利用手头两块面积为120*70mm（每块）的PTC加热片，制作一个PTC加热台，并充分考虑其使用的安全性。
一、方案考虑：
1、经过一段时间的思考和修改，最终形成如下图的电路原理图：
2、电路主要说明：
2-1、电源插座采用带接地品字形插座，以便有效接地，确保使用安全。
2-2、AC220V输入端串接保险丝，达到过电流断电的目的。
2-3、底壳贴装常闭型10A/250V、70度温度开关，理论上当底壳温度达到70度时，温度开关断开而断电，以防电路故障时底壳升温过高引发事故。选取的70度动作温度是否合适？由制作完成后的测试结果进行适当调整。
2-4、PTC1、PTC2由二个独立的开关控制，可一片PTC单独使用或二片PTC同时使用。
2-5、使用蓝色LED1、LED2分别指示PTC1、PTC2的通、断电的工作状态。
二、制作主要要点：
1、选取金属壳体，有利于接地导电和散热。废物利用，找到一个月饼包装铁盒用作外壳，内部空间尺寸约为205（长）*205（宽）*60（高），二块PTC装入恰到好处，缺点是铁皮厚度稍薄。
2、PTC表面螺孔处理：四角螺孔均倒沉孔，并用沉头螺丝固定，这样螺丝不会突出（高出）PTC表面，加热电路板、铝基板时可与PTC表面紧密贴合，不留空隙。
3、需要开孔安装的元件：电源插座、保险丝座、温度开关、PTC通断开关、PTC工作指示LED、PTC支架（铜柱）。
4、决定开孔位置：安排好元件布局后，仔细测量尺寸定位，并在开孔处做出记号，应将操作开关和LED指示灯安装到同一侧面上，而将电源插座、保险丝安装到背侧面上。温度开关贴装于盒体底面中间处，二片PTC对齐、并排、靠近、支撑安装于盒体中间。
5、电气安装：连接线应采用耐高温线（硅胶线虽耐高温，此处不妥），接头应尽量避免焊锡焊接（点焊OK），应采用可靠的插片，压接，陶瓷螺丝端子等冷连接，接头处套高温绝缘套管。
三、主要制作过程、图示：
1、使用的主要工器具，见下图：
2、组装主要过程：
2-1、开关与LED组装于同一侧面板上，开关K1、K2分别加弹簧垫圈，并用螺母固定，LED1、LED2分别塞进孔中用快速胶固定，见下图：
2-2、电源插座与保险丝座组装于同一背侧面板上，用螺丝、螺母固定，接地线冷压线鼻子，一起固定在螺丝上，见下图：
2-3、温度开关组装于底板的中间处，贴装面涂抹导热硅脂后用螺丝螺母固定，AC220V零线（N）汇合点用陶瓷螺丝端子连接，见下图：
2-4、LED1、LED2串接的限流电阻R1、R2连接后，分别套高温套管隐藏，见下图：
2-5、二片PTC加热片用铜柱支撑，组装于底板中间，并用红色绝缘垫圈稍作隔热（其实金属固定螺丝仍将传热），见下图：
2-6、组装完成，确认盒体内的走线尽量远离发热源PTC，见下图：
2-7、成品外观见下图：
2-8、待PTC加热片使用冷却后，可将电源线收纳进盒体，外形看上去还是一个月饼盒，见下图：
四、测量试验：
1、断电测量：
1-1、接地电阻测量：接地良好，对本机的安全使用极为重要！插好电源插座，在插头接地插片和金属盒体之间连接万用表，测量其接地电阻，为0.9Ω，稍大但属正常，估计螺丝孔附件的铁盒表面清漆层没有彻底清理干净，见下图：
1-2、PTC表面电阻测量：两表笔针接触PTC表面，电阻无穷大，表面绝缘，见下图：
1-3、PTC冷态电阻测量：插好电源插座，在插头L插片和N插片之间连接万用表，测量PTC冷态电阻，见下各图：1-3-1、K1、K2断开状态：根据电路图，PTC应该是断路，电阻无穷大，正常，见下图：
1-3-2、K1（绿）闭合、K2（红）断开：根据电路图，应该是测量一片PTC的冷态电阻，为6.97K，见下图：
1-3-3、K1（绿）断开、K2（红）闭合：根据电路图，应该是测量另一片PTC加热片的冷态电阻，为3.35K：二片PTC的冷态电阻差别较大，见下图：
1-3-4、K1、K2均闭合：根据电路图，应该是测量二片PTC的冷态并联电阻，为2.27K，见下图：并联电阻的理论计算值为(6.97*3.35)/(6.97+3.35)=2.26K,与测量值几乎一致。其实，测量PTC加热片的冷态电阻除判断其通断外，意义不大。
2、通电测试：
2-1、测量工具、仪表准备：
2-1-1、用电烙铁温度校准仪+热电偶附件测量PTC加热片表面温度。拆除电烙铁温度校准仪上的“Y”型温度传感器，装上紧贴型热电偶，见下图：
2-1-2、用温控器（已作过重大改造）测量金属壳体温度（最高量程只有100度，不能用于测量PTC表面温度）。插上紧贴磁吸型传感头，接通开关，显示室温，见下各图：
2-1-3、用电量仪测量PTC加热片的瞬时加热功率或电流，另外一部手机用作秒表计时，组装好的测量系统见下图：
2-2、单片PTC加热测试：2-2-1、启动秒表，开始计时，见下图：
2-2-2、仅按下红色开关K2，对应蓝色LED点亮，一片PTC开始快速加热，电流不断上升，短短的（14:30-03:68=10:22）10秒22的加热时间内，电流从0快速上升到2.674A，因为输入电压AC220V不变，故加热功率与加热电流一样，也快速提升（本电量表不能同时显示测量电流和功率，需通过按钮切换），见下各图：
2-2-3、接着加热电流开始自动下降，在（23:34-14:30=9:04）9秒04的时间内加热电流又从2.674A自动下降到1.302A，见下图：
2-2-4、开始测量PTC加热片表面温度，此时在（46:15-03:68=42:07）约42秒的加热时间内,电流从0到最大2.674再回落到0.835A,PTC表面温度已从室温上升到177度，外壳温度缓慢上升，见下图：
2-2-5、随着时间的消逝，电流继续下降，PTC表面温度上升，当经历（02:21:66-00:03:68=02:17:98）2分18秒通电后，电流下降到0.416A，PTC表面温度已上升到232度，基本处于平衡恒定状态，这就是所谓的PTC恒定温度，此时PTC的功率为0.416A*220V=91.5W。而壳体温度仅缓慢升高到32.2度，这是因为壳体是依靠PTC散热传热的，热滞后效应较大，见下图：
2-2-6、随后较长的时间内，加热电流和PTC表面温度变化很小，但壳体温度依然在缓慢上升，在经历（10:01:07--00:03:68=09:57:39）约10分钟通电后，壳体温度达到最高温度45.4度，PTC表面温度恒定在236度，电流恒定在0.388A，见下图：
2-3、单片PTC改变环境（散热）条件测试：
2-3-1、在上述的条件下，手持微型风扇对准PTC吹风，原先的平衡（恒温）点被打破，加热功率上升到129W,PTC表面温度恒定在较低的206度。见下图：
2-3-2、将微型风扇更靠近PTC吹风，恒温点再次被打破，加热功率上升到136W,PTC表面温度降低到189度，又重新建立了新的恒温点，见下图：
2-4、二片PTC同时加热测试：
2-4-1、本试验不再详细重复试验（2）中的PTC加热过程，仅是观察在此环境（散热）条件下的PTC表面平衡恒定温度，以及测量在最大热负荷条件下的壳体温度，以验证选取的温度开关参数是否合适？待PTC完全冷却闭合开关K1、K2，二片PTC开始重新加热升温，达到平衡后，PTC表面温度达到更高的恒温温度240度，加热功率为153.69W（二片PTC的加热），这是由于散热条件更加恶化的结果。见下图：
2-4-2、因壳体传热缓慢，待稳定后测得的底壳最高温度为52.6度，由此验证了选取的温度开关动作温度70度是合适的，此时二片PTC的稳定加热功率为150.99W。用手心完全触摸壳体，暖呼呼的没有烫感，可以用作冬天的暖手宝？否，AC220V强电不安全。见下各图：
2-5、单片PTC调压测试：使用调压器改变输入交流电压，测试PTC加热片的温度变化情况，每提升AC10V为一档进行测试：
2-5-1、PTC上分别施加AC10V、AC20V、AC30V、AC40V、AC50V时，PTC均无反应，即所加电压太低，PTC无法工作加热，下图是PTC施加AC54.4V时，其表面依然为室温：
2-5-2、调压上升至AC60V（实际60.9V），此时PTC开始从室温缓慢升温，最终的恒定温度为40度，电量仪因低压无显示不工作，见下图：
2-5-3、调压上升至AC70V（实际70.0V），PTC最终的恒定温度为51度，电量仪因低压无显示不工作，见下图：
2-5-4、调压上升至AC80V（实际80.0V），PTC最终的恒定温度为61度，电量仪因低压无显示不工作，见下图：
2-5-5、调压上升至AC90V（实际90.6V），PTC最终的恒定温度为98度，电量仪显示暗淡，无法操作，见下图：
2-5-6、调压上升至AC100V（实际AC100.6V），PTC温度大幅上升，最终的恒定温度为181度，电量仪显示明显，但无法操作，见下图：
2-5-7、调压上升至AC110V（实际AC111.4V），PTC温度大幅上升，最终的恒定温度为223度，电量仪显示明显，按钮可操作，加热电流0.726A，见下图：
2-5-8、调压上升至AC120V（实际AC120.9V），PTC温度缓慢上升，最终的恒定温度为227度，加热电流0.683A，见下图：
2-5-9、调压上升至AC130V（实际AC131.0V），PTC温度缓慢上升，最终的恒定温度为229度，加热电流为0.641A，见下图：
2-5-10、调压上升至AC140V（实际AC140.5V），PTC温度缓慢上升，最终的恒定温度为231度，加热电流0.609A，见下图：
2-5-11、调压上升至AC150V（实际AC149.8V），PTC温度缓慢上升，最终的恒定温度为233度，加热电流0.571A，见下图：
2-5-12、调压上升至AC160V（实际AC160.7V），PTC温度几乎不再上升，最终的恒定温度为234度，接近于最高恒定温度，加热电流0.536A，见下图：
2-5-13、从AC170V开始，继续上调AC电压，直至AC220V, PTC最终的恒定温度均为234--236度，相当于试验（2）中的结果和图示。
2-6、测试结论：
2-6-1、PTC可实现快速的加热，并达到一定使用环境下的恒定温度。
2-6-2、PTC的恒定温度由其产品的规格型号以及使用环境决定。
2-6-3、PTC开始加热的初期，加热电流（功率）、温度急剧上升，到达最高加热电流（功率）后开始快速（较加热初期慢）降低，最后缓慢达到最小平衡电流（功率），温度也随之保持最大恒定，这完全吻合PTC的温度—电阻特性曲线，见下图：图中Rmin表示PTC的零功率最小电阻，Tmin对应零功率最小电阻时的温度，RTc表示居里点电阻，Tc对应居里点电阻时的温度，T25表示温度25度时对应的纵坐标电阻R25。从图中看出，当温度（电流）超过居里点温度RTc后，PTC的电阻急剧上升，相当于电路断路或开关关断，这就是PTC自恢复保险丝的由来。
2-6-4、PTC加热过程中，电流（功率）均是变化的，只有达到平衡恒定点后，其电流、功率、温度才是相对恒定的。
2-6-5、PTC的恒定温度随使用环境（特别是散热）条件的变化而改变，加强PTC散热时，其恒定温度下降，加热电流（功率）随之升高；恶化PTC散热时，其恒定温度上升，加热电流（功率）随之降低。
2-6-6、改变交流输入电压，可改变PTC的恒定温度，但调节范围非常狭窄，AC0—AC50V时，因交流输入电压过低，PTC不工作，AC60—AC80V时，PTC可调温度范围为61-40=21度；AC90—AC110V时，PTC可调温度范围为223-98=125度；AC120V—AC220V时，PTC可调温度范围为235-227=8度。另外随交流输入电压的降低，PTC加热至恒定温度的时间明显延长。
综上，改变交流输入电压来调节PTC恒定温度没有实用、推广意义。
五、使用特别提示：
1、使用三线电源线连接AC220V电源,并有效接地。
2、同时使用二片PTC加热片时，不要二片PTC同时开始加热，应错开数秒时间启动，以防二片PTC加热片的最大加热电流叠加在一起，发生烧毁保险丝等不必要的故障。
3、使用过程中做好隔热措施，以防烫伤。
4、安装新灯珠应做到眼明手快，尽量缩短新灯珠的加热时间，以防损坏新灯珠或降低新灯珠寿命，拆焊旧灯珠则不在此列。
六、扩展应用：
1、本机如果要升级优化，即是添加温控器，并带PID（比例P、积分I和微分D）功能，达到比较精确控温的目的。温控器的输出元件采用继电器，或具有过零检测触发功能的固态继电器来控制PTC供电的通断（ON-0FF控制），这是一个方便实施的方案。
2、由此扩展到广泛使用的电烙铁，市场上有众多廉价的所谓可控硅调压+PTC的可调恒温电烙铁，实际上是一个误区和骗局，上述试验和理论分析均证实这是不可能调温和恒温的，如果非要说能调，那也是PTC加热片在欠压工作到最小正常工作电压的狭窄范围内能够调节（本机约为AC80—AC110V的范围可调），这在实际应用中是没有意义的，所以控硅调压电路就是个摆设，相反，由于可控硅调压过程中的移相触发，导致电路中出现高次谐波的缺角波形，造成电源电压波形畸变和高频电磁波辐射干扰，得不偿失。
3、只有采用温度传感器（温度探头）对PTC进行连续测温，实现闭环控制，对PTC加热片供电进行ON-OFF控制，才能实现PTC调温，并使温度相对恒定，调温和恒温的精度取决于温控器的控制精度，这就是要采用温控器ON-OFF控制，而不能采用可控硅调压的原理所在。
4、当然，不用温度温度传感器（温度探头）直接连续测温PTC加热片的温度，但采用间接的连续测量PTC加热片的电流，从而实现PTC加热片供电的ON-OFF控制，也能实现PTC加热片的调温和恒温，只是控制电路、控制精度不同罢了。所以对PTC加热体而言，其供电的ON-OFF控制是实现PTC调温和恒温的关键。
5、如果发热体是电阻（丝），则可采用可控硅，通过电位器调节供电电压的升降，实现电阻（丝）的调温和恒温。
6、业界温控前沿技术：革命性的Smart Heat智能温控技术已应用于电烙铁，让我们拭目以待，迎接崭新电烙铁时代的到来！
本文由于篇幅较长，图片较多，花费坛友较多时间，在此表示感谢！完。
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雷达卡
发表于 2024-9-6 17:31:56
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千斤顶
发表于 2024-9-6 18:25:22
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