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如何使用NTC热敏电阻限制浪涌电流?

电子发烧友网 2018-06-17 08:35 次阅读

电源电路通电的瞬间,外部电源的能量首先转移到输入滤波电容上。该瞬间产生很大的浪涌电流,如果不加以限制,很容易损坏保险丝以及后续的整流二极管等周边电子元器件。因此在电路设计时,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热敏电阻限制浪涌电流,然后介绍如何选择NTC热敏电阻,最后介绍如何使用继电器进一步减小NTC热敏电阻上的功耗。

限制浪涌电流,为什么用NTC?

NTC (负温度系数) 热敏电阻是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻。

下图1是典型的AC-DC电源电路前端,图中Z1为NTC热敏电阻。该电阻在电源通电时能起到瞬间限流保护的作用。

电源电路通电的瞬间,可以看成是对滤波电容(如下图1中的C1、C2)充电的过程。涌浪电流的大小可以用电压除以滤波电容的等效串联电阻来估算

电流值越大,对周边电路的破坏力越大。

为了解决这一问题,最简单方法加一个NTC热敏电阻(如下图1中的Z1)来减小涌浪电流的大小,此时通电瞬间的浪涌电阻相当于电压除以NTC热敏电阻与滤波电容的等效串联电阻之和

比如使用一个25℃时为10Ω的NTC热敏电阻,假设滤波电容的等效串联电阻为1Ω,那么浪涌电流大小将相应降到十分之一左右。可见NTC热敏电阻的阻值越大,限制浪涌电流的效果越好。

图1,AC-DC电源电路前端

当然NTC热敏电阻的阻值并不是越大越好。阻值越大,消耗的功耗越大。负温度系数NTC热敏电阻很好的平衡了限制浪涌电流以及功耗。

对于一个100W的电源电路来说,假设使用一个25℃时为10Ω的NTC热敏电阻。 在刚接通电源,环境温度25℃条件下,NTC热敏电阻将会有2W左右的功率损耗:

然后随着电流流过NTC热敏电阻,温度逐渐升高。假设NTC热敏电阻升温到85℃,电阻降到2Ω左右, 在NTC热敏电阻上的损耗将降到0.4W左右。如下图

NTC热敏电阻如何选型

Digi-Key 网站列出了很多NTC热敏电阻的参数,其中“25℃的欧姆值”与B值是两个很重要的参数。“25℃的欧姆值”决定了NTC热敏电阻在电源电路通电瞬间的限流能力。而根据B值可以计算出NTC热敏电阻达到最终温度时的电阻值。

Digi-Key NTC热敏电阻

图2,Digi-Key网站NTC参数比较与筛选

那么如何进行B的选择与计算呢?B值范围 (K) 是负温度系数热敏电阻器的热敏指数,反映了两个温度之间的电阻变化。

它被定义为两个温度下零功率电阻值的自然对数之差与这个温度倒数之差的比值。

从上面的等式中,R1、R2分别是绝对温度T1、T2时的电阻值(Ω)。其中B0/50、B25/50、B25/75、B25/85、B25/100分别对应不同温度之间的B值。

如果我们希望当温度25°C 时阻值为10Ω,当温度为85°C时阻值为2Ω,带入上面的等式可以得到,B值需要2864K以上。

图3,从Digi-Key网站中很快筛选适当NTC热敏电阻参数

最后综合筛选,很快便找到EPCOS (TDK) B57234S0100M000 B值3060K, 25°C 时 10,功率3.2W,基本符合要求。

进一步降低NTC上的损耗,该怎么办?

对于有些应用来说, 降低功耗特别关键,在NTC热敏电阻上的功率损耗不能忽略不计。

可以在NTC热敏电阻上并联一个继电器来减小NTC热敏电阻的功耗。如下图,Vaa是后续电路经过AC-DC转换的数字/模拟电源,比如5V/12V。

继电器初始是断开的。当Vaa逐渐达到自身电压的时候,齐纳二极管D1导通,三极管Q1打开,继电器RY1闭合,相当于把限流NTC热敏电阻Z1短路

当然这里也可以使用普通电阻来代替NTC热敏电阻充当限流电阻。普通电阻配合继电器使用的情况下,阻值不受温度影响更稳定,限流的效果也更稳定。

图4,使用继电器降低NTC热敏电阻功耗

对于一些低成本,功率较低的电源电路,使用NTC热敏电阻限制浪涌电流往往比较常见。对于中/高功率的电源电路以及对电源转换效率要求比较高的应用,可以使用继电器进一步减小NTC热敏电阻上的功耗。

Digi-Key功率继电器

Digi-Key 更多不同的继电器选择

总结

电源电路通电的瞬间,外部电源的能量首先转移到输入滤波电容上。使用NTC热敏电阻既可以限制浪涌电流,同时在温度升高的时候阻值变低,从而减小NTC热敏电阻本身的功耗。

最后,可以使用继电器等外围电路进一步降低NTC热敏电阻作为限流电阻的功耗。

原文标题:驯服浪涌电流!NTC热敏电阻应用中必知的三个问题

文章出处:【微信号:elecfans,微信公众号:电子发烧友网】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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TMP235 精密模拟输出温度传感器

TMP23x器件是精密CMOS集成电路线性模拟温度传感器系列,输出电压与温度成正比工程师可用于多种模拟温度传感应用。这些温度传感器比市场上类似的引脚兼容器件更精确,具有0°C至+ 70°C±0.5°C和±1°C的典型精度。该系列的增加精度适用于许多模拟温度传感应用。 TMP235器件在-40°C至+ 150°C的整个温度范围内提供10 mV /°C的正斜率输出,电源电压范围为2.3 V至5.5 V.较高增益的TMP236传感器提供19.5 mV的正斜率输出/°C,-10°C至+ 125°C,电源电压范围为3.1 V至5.5 V. 9μA典型静态电流和800μs典型上电时间可实现有效功率循环架构可最大限度地降低电池供电设备的功耗。 AB类输出驱动器提供强大的500μA最大输出,可驱动高达1000 pF的容性负载,并可直接连接到模数转换器采样和保持输入。 TMP23xanalog输出温度传感器具有极佳的精度和强大的线性输出驱动器,是无源热敏电阻的经济型替代品。 特性 Cost-Effective Alternative to Thermistors Wide Temperature Measurement Range: ...
发表于 09-14 14:36 224次 阅读
TMP235 精密模拟输出温度传感器

关于PTC热敏电阻24个基础问题

热敏电阻在计算机和许多外部设备上都是必备的元器件之一,因为在过电流和过温保护的问题上有着其他器件不可....
的头像 电子设计 发表于 08-31 08:38 3042次 阅读
关于PTC热敏电阻24个基础问题

热敏电阻阻值与温度的关系

本文首先介绍了热敏电阻阻值与温度的关系,其次介绍了热敏电阻的特点,最后介绍了热敏电阻的电阻值与温度对....
的头像 发烧友学院 发表于 08-30 18:28 16496次 阅读
热敏电阻阻值与温度的关系

浅析几种常见的保护电路

鉴于电源电路存在一些不稳定因素,而设计用来防止此类不稳定因素影响电路效果的回路称作保护电路。
的头像 玩转单片机 发表于 07-25 14:44 12996次 阅读
浅析几种常见的保护电路

根据热敏电阻器设计感热灯的详细中文资料概述

热敏电阻器是敏感元件的一类,按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器....
发表于 07-23 08:00 220次 阅读
根据热敏电阻器设计感热灯的详细中文资料概述

如何基于BQ24650充电器热敏电阻来跟踪太阳能板的最大功率点的概述

该应用报告描述了使用BQ24650负温度系数(NTC)热敏电阻来跟踪太阳能板的最大功率点的解决方案。....
发表于 07-20 08:45 372次 阅读
如何基于BQ24650充电器热敏电阻来跟踪太阳能板的最大功率点的概述

热敏电阻解决荧光灯阴极预热问题

热敏电阻,喷铜设备,以铝代银,改造节能节材。为解决荧光灯阴极预热问题,人们利用了正温度系数热敏电阻(....
的头像 安规电容科技 发表于 07-12 14:19 1544次 阅读
热敏电阻解决荧光灯阴极预热问题

火焰传感器模块资料下载

本文主要介绍了火焰传感器模块相关知识。
发表于 06-27 08:00 371次 阅读
火焰传感器模块资料下载

热敏电阻的主要特性

热敏电阻广泛用于家用电力工业、通讯、电容、军事科学、宇航等各个领域,发展前景极其广阔。热敏电阻的主要....
的头像 安规电容科技 发表于 06-20 10:36 2315次 阅读
热敏电阻的主要特性

PT100与NTC区别介绍

本文介绍了PT100与NTC区别,即NTC的阻值随温度升高而减小,PT100的是指在0度时阻值在10....
发表于 06-04 08:00 444次 阅读
PT100与NTC区别介绍

手机电池电路保护元件:电流保险丝、温度保险丝和正温度系数热敏电阻

三种手机电池电路保护常用的元件 手机上用的电池都是锂电池,在高温下有可能会发生爆炸,事实上也发生过和....
发表于 05-30 01:19 1338次 阅读
手机电池电路保护元件:电流保险丝、温度保险丝和正温度系数热敏电阻

可互换的热敏电阻测温在ADC中的应用的详细描述

描述了一种可互换的热敏电阻测温应用,提供了一种基本框架电路,其可以被修改为使用替代部件。当使用电位计....
发表于 05-29 19:16 283次 阅读
可互换的热敏电阻测温在ADC中的应用的详细描述

TVS管的参数、选型及应用

TVS是用来防护浪涌电流的,如果知道要防护的最大电流Ipp最好。首先确定TVS的Ipp。再其次确定待....
的头像 玩转单片机 发表于 05-29 10:12 14437次 阅读
TVS管的参数、选型及应用

TPS720xx中的浪涌电流限制

当不适当限制时,低压差稳压器(LDOS)中的浪涌电流会引起系统级故障。
发表于 05-23 16:23 274次 阅读
TPS720xx中的浪涌电流限制