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如何使用NTC热敏电阻限制浪涌电流?

文章出处:yaxun88 人气:发表时间:2019-11-30 17:10

在电源电路通电的那一刻,外部电源的能量首先转移到输入滤波电容器。此瞬间会产生大的浪涌电流,如果不加限制,则很容易损坏保险丝和随后的整流二极管以及其他外围电子组件。因此,在电路设计中,需要考虑如何限制浪涌电流。在本文中,我们将首先介绍如何使用NTC热敏电阻来限制浪涌电流,然后如何选择NTC热敏电阻,最后如何使用继电器进一步降低NTC热敏电阻的功耗。

限制浪涌电流,为什么要使用NTC?
NTC(负温度系数)热敏电阻是具有负温度系数的热敏电阻,其温度随着温度升高呈指数下降。
下面的图1显示了典型的AC-DC电源电路的前端。在图中,Z1是NTC热敏电阻。当电源通电时,该电阻器充当瞬时电流限制保护。
电源电路通电的那一刻,可以看作是对滤波电容器(下图1中的C1,C2)充电的过程。浪涌电流的大小可以通过将电压除以滤波电容器的等效串联电阻来估算。
AC-DC电源电路前端
电流值越大,对周围电路的破坏力越大。
为了解决这个问题,最简单的方法是添加一个NTC热敏电阻(下面的图1中的Z1)以减小浪涌电流的幅度。上电时的浪涌电阻等于电压除以NTC热敏电阻和滤波电容器的等效串联电阻之和。
NTC系列热敏电阻

例如,如果在25°C下使用10ΩNTC热敏电阻,假设滤波电容器的等效串联电阻为1Ω,则浪涌电流将减小至十分之一。可以看出,NTC热敏电阻的电阻越大,限制浪涌电流的效果越好。

AC-DC电源电路前端
 图1,AC-DC电源电路前端

当然,NTC热敏电阻的阻值不是越大越好。电阻越大,消耗的功率越大。负温度系数NTC热敏电阻在限制浪涌电流和功耗方面取得了很好的平衡。
 对于100W的电源电路,假设在25°C时使用10ΩNTC热敏电阻。当电源打开且环境温度为25°C时,NTC热敏电阻的功率损耗约为2W:
NTC热敏电阻功率损耗
然后,当电流流过NTC热敏电阻时,温度逐渐升高。假设将NTC热敏电阻加热到85°C,电阻下降到大约2Ω,并且NTC热敏电阻的损耗将下降到大约0.4W。如下所示
NTC热敏电阻损耗


如何选择NTC热敏电阻?
YAXUN网站列出了许多NTC热敏电阻参数,其中“ 25°C的欧姆值”和B值是两个重要参数。 “ 25°C的欧姆值”确定了在电源电路通电时NTC热敏电阻的限流能力。根据B值,可以计算出NTC热敏电阻对最终温度的电阻值。

亚讯NTC热敏电阻


NTC热敏电阻参数选择
图2,YAXUN网站上NTC参数的比较和筛选

那么,您如何选择和计算B? B值范围(K)是负温度系数热敏电阻的热指数,反映了两个温度之间的电阻变化。

它定义为两个温度下零功率电阻值的自然对数之间的差与该温度的倒数之间的差之比。

根据上式,R1和R2分别是绝对温度T1和T2时的电阻值(Ω)。其中,B0 / 50,B25 / 50,B25 / 75,B25 / 85和B25 / 100对应于不同温度之间的B值。

如果我们希望在25°C下的电阻为10Ω,则在温度为85°C时的电阻为2Ω,可以得到上面的公式。 B值需要2864K或更大。

确认NTC热敏电阻参数
图3.从YAXUN网站上筛选合适的NTC热敏电阻参数

最后,经过全面筛选,很快发现爱普科斯(TDK)B57234S0100M000 B值为3060K,25°C为10,功率为3.2W,基本满足要求。

我应该怎么做才能进一步减少NTC上的损失?
对于某些应用,降低功耗尤为关键,并且NTC热敏电阻的功耗不可忽略。

继电器可以与NTC热敏电阻并联连接,以减少NTC热敏电阻的功耗。如下所示,Vaa是用于经过AC-DC转换的后续电路(例如5V / 12V)的数字/模拟电源。

继电器最初断开连接。当Vaa逐渐达到其自身电压时,齐纳二极管D1导通,晶体管Q1导通,继电器RY1闭合,这相当于使限流NTC热敏电阻Z1短路。

当然,这里也可以使用普通电阻代替NTC热敏电阻,以用作限流电阻。与继电器一起使用的普通电阻器,在没有温度的情况下电阻更加稳定,并且限流效果更加稳定。
继电器减少了NTC热敏电阻的功耗电路
图4.使用继电器降低NTC热敏电阻的功耗

对于某些低成本,低功耗的电路,通常使用NTC热敏电阻来限制浪涌电流。对于电源转换效率至关重要的中/高电源电路和应用,可以使用继电器进一步降低NTC热敏电阻的功耗。

雅迅继电器

YAXUN更多不同的继电器选项
功率继电器

总结一下

在电源电路通电的那一刻,外部电源的能量首先转移到输入滤波电容器。 NTC热敏电阻可用于限制浪涌电流,同时在温度升高时减小电阻,从而降低NTC热敏电阻本身的功耗。

最后,外围电路(例如继电器)可用于进一步减小NTC热敏电阻作为限流电阻的功耗。

此文关键字:热敏电阻限制浪涌电流

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