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功率型热敏电阻(NTC)选型

产品新闻| 浏览量:1244| 2022年02月17日

上章主要讲解压敏电阻的选型和应用的总结。今天跟大家讲解下功率型热敏电阻(NTC)在开关电源的选型以及应用相关注意事项。在开关电源设计中,功率型热敏电阻(NTC)最为常见,功率型热敏电阻(NTC)是一种负温度系数的电阻,其电阻值随温度增大而减小,在开关电源中主要作用为抑制浪涌电流,一般串联在市电输入上。它有一个额定的零功率电阻值,当串联在电源回路中,可以有效抑制开机浪涌电流,并且消耗的功率几乎可以忽略不计。通常开关电源在接通时,会有高峰值的浪涌电流给滤波电容充电,从而给装置充电。这些浪涌电流会对电容的使用寿命产生影响,并损坏电源开关的触点或破坏整流二极管,因此,有必要采取相应的解决措施。本章主要针对功率型热敏电阻(NTC)的选型及应用进行总结。

开关电源中,功率型热敏电阻(NTC)的主要参数:

1、额定零功率电阻(R25 ): 也叫标称电阻值,在没有特别说明的情况下,是指功率型NTC热敏电阻器在25℃环境温度中所测得的电阻值。 常用的阻值有2.5Ω、5Ω、10Ω 等,常用的阻值误差为:±15%、±20%、±30%等 。

2、最大稳态电流(A):在标称环境温度下,可以连续施加在功率型NTC热敏电阻器上的电流最大值。

3、最大允许电容量(焦耳能量)(UF):在负载状态下,与一个功率型NTC热敏电阻器连接的电容器最大允许电容量值。

4、工作温度范围(℃):功率型NTC热敏电阻器在零功率状态下可连续工作的环境温度范围,它由上限类别温度和下限类别温度来决定。

简单介绍功率型热敏电阻(NTC)在开关电源中抑制浪涌电流的作用和选型:

1、功率型NTC热敏电阻的R25阻值的选择。

电路允许的最大启动电流值决定了功率型NTC热敏电阻的阻值。

假设电源额定输入为220VAC,内阻为1Ω,允许的最大启动电流为60A,那么选取的功率型NTC在初始状态下的最小阻值为:Rmin=(220×1.414/60)-1=4.2(Ω)

针对此应用我们建议选用功率型NTC热敏电阻的R25阻值≧4.2Ω。

2、功率型NTC热敏电阻的最大稳态电流的选择。

最大稳态电流的选用的原则应该满足:电路实际工作电流 < 功率型NTC热敏电阻的最大稳态电流。

很多电源是宽电压设计(AC 85V-2 ** V),但产品的功率是固定的,因此要注意在低电压输入时,工作电流要比高电压输入时高许多。

根据公式: P=U*I ,在相同的功率条件下,如在85V的输入电压时,工作电流是2 ** V的输入电压时的3倍。因此电路的实际工作电流以最低电压时计算的为准。

3、功率型NTC热敏电阻最大允许电容(焦耳能量)的选择。

对于某个型号的功率型NTC热敏电阻来说,允许接入的滤波电容的大小是有严格要求的,这个值也与最大额定电压有关。

开机浪涌是因为电容充电产生的,因此通常用给定电压值下的允许接入的电容量,来评估功率型NTC热敏电阻承受浪涌电流的能力。

对于某一个具体的功率型NTC热敏电阻来说,所能承受的最大焦耳能量已经确定了。

功率型NTC热敏电阻的焦耳能量计算公式:E=(1/2)*C*(U^2)

从上面的公式可以看出,其允许的接入的电容值与额定电压的平方成反比。简单来说,就是输入电压越大,允许接入的最大电容值就越小,反之亦然。

功率型NTC热敏电阻产品的规范一般定义了在220VAC下允许接入的最大电容值。

假设某应用条件最大额定电压是420VAC,滤波电容值为200μF。 根据上述能量公式可以折算 出在220VAC下的等效电容值应为:200×(420)2/(220)2=729μF这样在选型时就必须选择220VAC 下允许接入电容值大于729μF的功率型NTC热敏电阻器的型号。

下面我们讨论下功率型热敏电阻(NTC)在开关电源中应用的注意事项:

1、从电路工作原理的分析我们可以看到,在正常工作状态下,是有一定电流通过功率型NTC热敏电阻的,这个工作电流往往使功率型NTC的表面温度达到100℃以上。

产品关断时,功率型NTC热敏电阻必须要从高温低阻状态完全恢复到常温高阻状态才能达到与上一次同等的浪涌抑制效果。

恢复时间与功率型NTC热敏电阻的耗散系数和热容有关,一般以冷却热时间常数作为参考。冷却热时间常数并不是功率型NTC热敏电阻恢复到常态所需要的时间,但冷却时间常数越大,所需要的恢复时间就越长,反之则越短。所以功率型NTC热敏电阻在频繁开关的情况是不能提供良好的保护效果的。

2、功率型NTC热敏电阻总是被串联在保护电路中,假如一个功率型NTC热敏电阻不能独自抑制这个浪涌电流,则可以再串联两个或者更多功率型NTC热敏电阻在电路中。并联两个或者几个功率型NTC热敏电阻是不可取的,因为负载不是均匀分布的。如果其中一个功率型NTC热敏电阻通过比其他并联的功率型NTC热敏电阻更大的电流,自身会变的更热,直到它最后通过了几乎全部的电流,这个电流有可能最后损坏这个功率型NTC热敏电阻,而其他并联的功率型NTC热敏电阻仍然保持冷却状态。所以用于抑制浪涌电流的功率型NTC热敏电阻只能串联在保护电路中使用。

3、在实际应用中,应尽量使功率型NTC热敏电阻工作在额定的工作温度范围内,如超出规定的上、下限温度,可能会引起功率型NTC产品的失效或损坏。由于功率型NTC热敏电阻受环境温度影响较大,一般在产品规格书中给出的是常温下(0~25℃时)的最大稳态电流。在最高或最低工作温度条件下,额定电流将会成线性减额到零。功率型NTC热敏电阻产品应用条件不是在常温下(0~25℃),或因产品本身设计或结构的原因,如电源内有一些发热量较大的器件。当环境温度过高或过低时,必须根据降电流曲线进行降额使用。

计算公式:ITa=[1-(Ta-25)/(Tu-25)]×I ** x

式中:ITa:环境温度时的电流值A;Ta:环境温度℃,TU:最高工作温度℃

如最高环境温度为60℃,热敏电阻的最高工作温度是200℃.

ITa=[1-(60-25)/(200-25)]×I ** x=80%I ** x

根据上面的计算结果,环境温度是60℃时,最大工作电流只能选择标称工作电流的80%。功率型NTC热敏电阻最大电流减额曲线如下图所示。

降电流曲线及计算公式