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

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热敏电阻,顾名思义就是对热度敏感的电阻,它的特点我们已经知道了,本文将带大家了解热敏电阻的作用。

发表于 01-26 11:33 761次 阅读
热敏电阻的作用

热敏电阻出现烧坏的原因_热敏电阻在电源电路中的作用

本文主要介绍关于热敏电阻出现烧坏的原因以及热敏电阻在电源电路中的作用。压敏电阻并联在交流侧电路中主要....

发表于 01-26 10:30 6208次 阅读
热敏电阻出现烧坏的原因_热敏电阻在电源电路中的作用

热敏电阻的材料分类_热敏电阻b值是什么

热敏材料一般可分为半导体类、金属类和合金类三类,现分别简述如下文所述 。热敏电阻b值是热敏电阻器的材....

发表于 01-26 10:16 1602次 阅读
热敏电阻的材料分类_热敏电阻b值是什么

常规测量指南-如何进行热敏电阻测量

热敏电阻与 RTD 相似,热敏电阻也是温度敏感的半导体,其阻抗随温度而变化。热敏电阻由以玻璃或环氧珠....

发表于 01-26 09:57 748次 阅读
常规测量指南-如何进行热敏电阻测量

热敏电阻的原理及和阻值的关系_如何利用线性 ADC 以数字形式捕获热敏电阻的非线性行为

由于环境温度的变化导致热敏电阻本体的温度变化,热敏电阻一般都是半导体陶瓷做成的,当自身温度变化时,其....

发表于 01-25 16:56 392次 阅读
热敏电阻的原理及和阻值的关系_如何利用线性 ADC 以数字形式捕获热敏电阻的非线性行为

热敏电阻型号命名规则_常用热敏电阻型号有哪些

要想知道热敏电阻型号的命名规则,首先我们要先知道什么是热敏电阻?热敏电阻是敏感元件的一类,热敏电阻的....

发表于 01-25 16:40 5277次 阅读
热敏电阻型号命名规则_常用热敏电阻型号有哪些

热敏电阻分为哪三类

热敏电阻的市场应用率是很高的,在很多行业领域中都有所应用。其采用不同的材料制作可以呈现出不同的性能与....

发表于 01-25 16:29 1569次 阅读
热敏电阻分为哪三类

ptc热敏电阻厂家有哪些_ptc热敏电阻厂家盘点

PTC是Positive Temperature Coefficient 的缩写,意思是正的温度系数....

发表于 01-22 14:11 813次 阅读
ptc热敏电阻厂家有哪些_ptc热敏电阻厂家盘点

ptc热敏电阻温度曲线_ptc热敏电阻特性曲线

 PTC(Positive Temperature Coeff1Cient)是指在某一温度下电阻急剧....

发表于 01-22 13:49 1784次 阅读
ptc热敏电阻温度曲线_ptc热敏电阻特性曲线

PTC热敏电阻详解_PTC热敏电阻的选用方法

PTC热敏电阻发热元件是现代以至将来高科技尖端之产品。它被广泛应用于轻工、住宅、交通、航天、农业、医....

发表于 01-22 11:47 1447次 阅读
PTC热敏电阻详解_PTC热敏电阻的选用方法

ptc热敏电阻参数_ptc热敏电阻工作原理_ptc热敏电阻有什么作用

PTC热敏电阻(正温度系数热敏电阻)是一种具温度敏感性的半导体电阻,一旦超过一定的温度(居里温度)时....

发表于 01-22 10:51 663次 阅读
ptc热敏电阻参数_ptc热敏电阻工作原理_ptc热敏电阻有什么作用

ptc热敏电阻怎么测好坏_如何使用万用表检测热敏电阻(方法教程)

PTC是Positive Temperature Coefficient 的缩写,意思是正的温度系数....

发表于 01-22 09:54 4612次 阅读
ptc热敏电阻怎么测好坏_如何使用万用表检测热敏电阻(方法教程)

如何巧妙地进行营养液温控?这个工程师的办法好

植物根际温度对其水分代谢、矿物质吸收、植物激素代谢、生长发育、光合作用等具有显着影响,根系对高温逆境....

的头像 电子设计 发表于 01-16 07:36 2925次 阅读
如何巧妙地进行营养液温控?这个工程师的办法好

防浪涌电路图----浪涌电流抑制电路

本文带来开关电源浪涌抑制电路、三个防开机浪涌电流电路和电灯浪涌电流抑制电路图五个防浪涌电路图分享。

发表于 01-11 11:40 6128次 阅读
防浪涌电路图----浪涌电流抑制电路

为什么你设计的LED驱动电路失效了?看看这些问题解决了没

基本上可以说,LED 驱动器的主要作用是将输入的交流电压源转换为输出电压可随 LED Vf 正向导通....

的头像 电子设计 发表于 12-28 07:44 3417次 阅读
为什么你设计的LED驱动电路失效了?看看这些问题解决了没

针对蓄电池组中单体电池的温度设计了远程无线监测系统

针对采用热敏电阻测温和有线温度测量系统的不足,提出了采用单总线数字温度传感器DS18B20、单片机和....

发表于 12-04 02:18 380次 阅读
针对蓄电池组中单体电池的温度设计了远程无线监测系统

热敏电阻的标称阻值Rc指的是什么

热敏电阻是敏感元件的一类,热敏电阻的电阻值会随着温度的变化而改变,与一般的固定电阻不同,属于可变电阻....

发表于 11-27 17:22 1284次 阅读
热敏电阻的标称阻值Rc指的是什么

热敏电阻怎么测量好坏

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 11-13 14:37 13073次 阅读
热敏电阻怎么测量好坏

非平衡的NTC热敏电阻的线性校正

第一个NTC热敏电阻是法拉第在1833年研究硫化银的半导体特性时发现的。直到1932年德国才首先采用....

发表于 11-08 14:05 293次 阅读
非平衡的NTC热敏电阻的线性校正