功率型NTC熱敏電阻器的選用原則

1、功率型NTC熱敏電阻器的選用原則華巨電子為了避免電子電路中在開機瞬間產(chǎn)生的浪涌電流，在電源電路中串接一個功率型NTC熱敏電阻，能有效的抑制開機時的浪涌電流，并在完成浪涌電流抑制作用后，由于通過其電流的持續(xù)作用，功率型熱敏電阻的阻值將下降的一個非常小的程度，它消耗的功率可以忽略不計， 不會對正常的工作電流造成影響，所以在電源回路中使用功率型NTC熱敏電阻，是抑制開機浪涌電流保護電子設(shè)備免遭破壞的最為簡便而有效的措施1. 電阻器的最大工作電流實際電源回路的工作電流2. 功率型電阻器的標稱電阻值R 1.414*E/lm式中E為線路電壓Im為浪涌電流對于轉(zhuǎn)換電源，逆變電源，開關(guān)電源，UPSt源，Im=

2、100倍工作電流對于燈絲，加熱器等回路|m=30倍工作電流3. B 值越大，殘余電阻越小，工作時溫升越小4. 一般說，時間常數(shù)與耗散系數(shù)的乘積越大，則表示電阻器的熱容量越大，電阻器抑制浪涌電流的能力也越強。功率型NTC熱敏電阻器典型的應用線路Im*下圖為使用MF72熱敏電阻前后浪涌電流得比較曲線圖，虛線為使用熱敏電阻前，實線為使用熱敏電阻后。功率型NTC熱敏電足器在電路中規(guī)閱浪酒電流示意圖*Sketch Map of Surge Current Proteclion In Circuit of Power NTC ThermistoraftHirfiLmeBiiDrtPewTydf biTC

3、Thsmsaor Ji灼Real Line Afiei* Faw&f-TeHTO TnernalDr Lifting 隨著電子產(chǎn)品對可靠性要求的不斷提高和能源資源的日益緊縮，高可靠性和高效節(jié)能的電子 產(chǎn)品將是未來電子產(chǎn)品發(fā)展的一個方向，因此在產(chǎn)品的電源設(shè)計上，必須要充分考慮其可靠 性能和電源使用效率。本文首先分析電子產(chǎn)品為什么會有開機浪涌，然后以典型的電源電路為例分析如何使用熱敏電阻抑制浪涌電流，最后介紹熱敏電阻在實際應用中應如何選型。開機浪涌電流產(chǎn)生的原因圖1是典型的電子產(chǎn)品電源部分簡化電路，C1是與負載并聯(lián)的濾波電容。在開機上電的瞬間, 電容電壓不能突變，因此會產(chǎn)生一個很大的充電電流。根據(jù)

4、一階電路零狀態(tài)響應模型所建立的一階線性非齊次方程可以求出其電流初始值相當于把濾波電容短路而得到的電流值。這個 電流就是我們常說的輸入浪涌電流，它是在對濾波電容進行初始充電時產(chǎn)生的，其大小取決 于啟動上電時輸入電壓的幅值以及由橋式整流器和電解電容其所形成的回路的總電阻。圖1電源示意圖假設(shè)輸入電壓V1為220Vac,整個電網(wǎng)阻(含整流橋和濾波電容)Rs=1Q,若正好在電源輸入波形達到90度相位的時候開機，那么開機瞬間浪涌電流的峰值將達到1=220 X1.414/1=311(A)。這個浪涌電流雖然時間很短,但如果不加以抑制，會減短輸入電容和 整流橋的壽命，還可能造成輸入電源電壓的降低，讓使用同一輸入

5、電源的其它動力設(shè)備瞬間掉 電，對臨近設(shè)備的正常工作產(chǎn)生干擾。浪涌電流的抑制浪涌電流的抑制方法有很多，一般中小功率電源中采用電阻限流的辦法抑制開機浪涌電流。圖2是一個常見的110V/220V雙輸入電源示意圖，以此為例，我們分析一下如何使用NTC熱敏電阻進行浪涌電流的抑制。圖2 110/220Vac雙輸入電源示意圖NTC熱敏電阻，即負溫度系數(shù)熱敏電阻，其特性是電阻值隨著溫度的升高而呈非線性的下降。NTC在應用上一般分為測溫熱敏電阻和功率型熱敏電阻，用于抑制浪涌的NTC熱敏電阻指的就是功率型熱敏電阻器。圖2中R1R4為熱敏電阻浪涌抑制器通常放置的位置。對于同時兼容 110Vac和220Vac輸入 的

6、雙電壓輸入產(chǎn)品，應該在R1和R2位置同時放兩個NTC熱敏電阻，這樣可使在110Vac輸入 連接線連接時和220Vac輸入連接線斷開時的沖擊電流大小一致， 也可單獨在R3或R4處放置 一個NTC熱敏電阻。對于只有220Vac輸入的單電壓產(chǎn)品，只需在R3或R1位置放1個NTC熱 敏電阻即可。其工作原理如下：在常溫下，NTC熱敏電阻具有較高的電阻值(一般選用 5Q或10Q)，即標稱零功率電阻值。參考圖1的例子，串接10Q NTC時，開機浪涌電流為：1=220 X 1.414/(1+10)= 28(A)，比未使用NTC熱敏電阻時的311A降低了 10倍，有效的起到了抑制浪涌電流的作用。開機后，由于NT

7、C熱敏電阻迅速發(fā)熱、溫度升高，其電阻值會在毫秒級的時間迅速下降到一 個很小的級別，一般只有零點幾歐到幾歐的大小，相對于傳統(tǒng)的固定阻值限流電阻而言，這 意味著電阻上的功耗因為阻值的下降隨之降低了幾十到上百倍，因此這種設(shè)計非常適合對轉(zhuǎn) 換效率和節(jié)能有較高要求的產(chǎn)品，如開關(guān)電源 斷電后，NTC熱敏電阻隨著自身的冷卻，電阻值會逐漸恢復到標稱零功率電阻值，恢復時間 需要幾十秒到幾分鐘不等。下一次啟動時，又按上述過程循環(huán)。改進型電源設(shè)計上述使用NTC良涌抑制器的電路與使用固定電阻的電路相比，已經(jīng)具備了節(jié)能的特性。對于某些特殊的產(chǎn)品，如工業(yè)產(chǎn)品，有時客戶會提出如下要求：1、如何降低NTC的故障率以提高其使用

8、壽命？ 2、如何將NTC的功耗降至最低？ 3、如何使串聯(lián)了 NTC熱敏電阻的電源電路能 適應循環(huán)開關(guān)的應用條件？對于第1、2兩點，因為NTC熱敏電阻的主要作用是抑制浪涌，產(chǎn)品正常啟動后它所消耗的能量是我們不需要的，如果有一種可行的辦法能將NTC熱敏電阻從正常工作的電路中切斷，就 可以滿足這種要求對于第3點，首先分析為什么使用了 NTC熱敏電阻的產(chǎn)品不能頻繁開關(guān)。從電路工作原理的 分析我們可以看到，在正常工作狀態(tài)下，是有一定電流通過NTC熱敏電阻的，這個工作電流足以使NTC的表面溫度達到100C200E。當產(chǎn)品關(guān)斷時，NTC熱敏電阻必須要從高溫低阻 狀態(tài)完全恢復到常溫高阻狀態(tài)才能達到與上一次同等

9、的浪涌抑制效果。這個恢復時間與NTC熱敏電阻的耗散系數(shù)和熱容有關(guān)，工程上一般以冷卻時間常數(shù)作為參考。所謂冷卻時間常數(shù)， 指的是在規(guī)定的介質(zhì)中，NTC熱敏電阻自熱后冷卻到其溫升的 63.2 %所需要的時間（單位為 秒）。冷卻時間常數(shù)并不是 NTC熱敏電阻恢復到常態(tài)所需要的時間，但冷卻時間常數(shù)越大, 所需要的恢復時間就越長，反之則越短。在上述思路的指導下，產(chǎn)生了圖 3的改進型電路。產(chǎn)品上電瞬間，NTC熱敏電阻將浪涌電流 抑制到一個合適的水平，之后產(chǎn)品得電正常工作，此時繼電器線圈從負載電路得電后動作， 將NTC熱敏電阻從工作電路中切去。這樣， NTC熱敏電阻僅在產(chǎn)品啟動時工作，而當產(chǎn)品正 常工作時是

10、不接入電路的。這樣既延長了 NTC熱敏電阻的使用壽命，又保證其有充分的冷卻 時間，能適用于需要頻繁開關(guān)的應用場合。T堆電SB111*NTC11+O 百H0負鞍、“7/ b0圖3帶繼電器旁路電路的電源設(shè)計示意圖NTC熱敏電阻的選型NTC熱敏電阻的選型要考慮以下幾個要點：最大額定電壓和濾波電容值濾波電容的大小決定了應該選用多大尺寸的 NTC對于某個尺寸的NTC熱敏電阻來說，允許接入的濾波電容的大小是有嚴格要求的，這個值也與最大額定電壓有關(guān)。在電源應用中，開機浪涌是因為電容充電產(chǎn)生的，因此通常用給定電壓值下的允許接入的電容量來評估NTC熱敏電阻承受浪涌電流的能力。對于某一個具體的 NTC熱敏電阻來說

11、，所能承受的最大能量已 經(jīng)確定了，根據(jù)一階電路中電阻的能量消耗公式 E=1/2 X CV可以看出，其允許的接入的電容 值與額定電壓的平方成反比。簡單來說，就是輸入電壓越大，允許接入的最大電容值就越小， 反之亦然。NTC熱敏電阻產(chǎn)品的規(guī)一般定義了在 220Vac下允許接入的最大電容值。假設(shè)某應用條件最大 額定電壓是420Vac濾波電容值為200卩F,根據(jù)上述能量公式可以折算出在 220Vac下的等 效電容值應為200X 4202/2202=729卩F,這樣在選型時就必須選擇220Vac下允許接入電容值 大于729 F的型號。產(chǎn)品允許的最大啟動電流值和長期加載在NTC熱敏電阻上的工作電流電子產(chǎn)品允

12、許的最大啟動電流值決定了 NTC熱敏電阻的阻值。假設(shè)電源額定輸入為 220Vac, 阻為1Q,允許的最大啟動電流為60A,那么選取的NTC在初始狀態(tài)下的最小阻值為Rmin=(220X 1.414/60)-1=4.2( Q)。至此，滿足條件的NTC熱敏電阻一般會有一個或多個，此 時再按下面的方法進行選擇。產(chǎn)品正常工作時，長期加載在 NTC熱敏電阻上的電流應不大于規(guī)格書規(guī)定的電流。根據(jù)這個 原則可以從阻值大于4.2 Q的多個電阻中挑選出一個適合的阻值。當然這指的是在常溫情況 下。如果工作的環(huán)境溫度不是常溫，就需要按下文提到的原則來進行NTC熱敏電阻的降額設(shè) 計。NTC熱敏電阻的工作環(huán)境由于NTC熱

13、敏電阻受環(huán)境溫度影響較大，一般在產(chǎn)品規(guī)格書中只給出常溫下（25C）的阻值,若產(chǎn)品應用條件不是在常溫下，或因產(chǎn)品本身設(shè)計或結(jié)構(gòu)的原因，導致NTC熱敏電阻周圍環(huán) 境溫度不是常溫的時候，必須先計算出 NTC在初始狀態(tài)下的阻值才能進行以上步驟的選擇當環(huán)境溫度過高或過低時，必須根據(jù)廠家提供的降功耗曲線進行降額設(shè)計。將功耗曲線一般有兩種形式，如圖4所示。Cir 皿rant圖4降功耗曲線 對曲線a,允許的最大持續(xù)工作電流可用以下公式表示:Qh 舊-U d -枷- S X ft - 9)f (ft - 0d對曲線b,允許的最大持續(xù)工作電流可用以下公式表示：釀 “- S X (ft - GF (ft - ft)

14、事實上，不少生產(chǎn)廠家都對自己的產(chǎn)品定義了環(huán)境溫度類別，在實際應用中，應盡量使NTC熱敏電阻工作的環(huán)境溫度不超出廠家規(guī)定的上 /下限溫度。同時，應注意不要使其工作在潮濕 的環(huán)境中，因為過于潮濕的環(huán)境會加速 NTC熱敏電阻的老化。結(jié)論通過以上分析可以看出，在電源設(shè)計中使用NTC熱敏電阻型浪涌抑制器，其抑制浪涌電流的能力與普通電阻相當，而在電阻上的功耗則可降低幾十到上百倍。對于需要頻繁開關(guān)的應用 場合，電路中必須增加繼電器旁路電路以保證NTC熱敏電阻能完全冷卻恢復到初始狀態(tài)下的電阻。在產(chǎn)品選型上，要根據(jù)最大額定電壓和濾波電容值選定產(chǎn)品系列，根據(jù)產(chǎn)品允許的最 大啟動電流值和長時間加載在 NTC熱敏電阻

15、上的工作電流來選擇 NTC熱敏電阻的阻值，同時 要考慮工作環(huán)境的溫度，適當進行降額設(shè)計。下圖為MF72-3D2啲R-T阻溫特性曲線W 00.00南京華巨電子鞭公司 電話,025-520280 fB&ts mm-isule 1書血日0.100.01-40 -30-20-10 0 W 20 30 40 50 60 70 80 90 10011012013014015016017018019CTenipeiatnie ( C)NTC負溫度系數(shù)熱敏電阻專業(yè)術(shù)語零功率電阻值RT (Q)RT指在規(guī)定溫度T時，采用引起電阻值變化相對于總的測量誤差來說可以忽略不計的測量功率測得的電阻值。 電阻值和溫度變化的關(guān)

16、系式為：RT = RN expB(1/T - 1/TN)RT :在溫度T ( K )時的NTC熱敏電阻阻值。RN :在額定溫度TN ( K )時的NTC熱敏電阻阻值。T :規(guī)定溫度（K ）。B : NTC熱敏電阻的材料常數(shù)，又叫熱敏指數(shù)。exp :以自然數(shù)e為底的指數(shù)（e = 2.71828）。該關(guān)系式是經(jīng)驗公式，只在額定溫度 TN或額定電阻阻值RN的有限圍才具有一定的精確度，因為材料常數(shù) B本身也是溫度T的函數(shù)。額定零功率電阻值R25 （Q）根據(jù)國標規(guī)定，額定零功率電阻值是NTC熱敏電阻在基準溫度25 C時測得的電阻值R25,這個電阻值就是NTC熱敏電阻的標稱電阻值 通常所說NTC熱敏電阻多

17、少阻值，亦指該值。最大穩(wěn)態(tài)電流在環(huán)境溫度為25C時允許施加在熱敏電阻器上的最續(xù)電流。25 C下最大電流時近似電阻值 （）25 C下最大電流時近似電阻值就是在環(huán)境溫度 25C時，對熱敏電阻施加允許的最續(xù)電流時，熱敏電阻剩余的阻值，亦稱最大殘余電阻值。材料常數(shù)（熱敏指數(shù)）B值（K ）TiTaTB值被定義為：Rtlin RnRT1 :溫度T1 （ K ）時的零功率電阻值。RT2 :溫度T2 （ K ）時的零功率電阻值。T1，T2 :兩個被指定的溫度（K ）。對于常用的NTC熱敏電阻，B值圍一般在2000K6000K之間 零功率電阻溫度系數(shù)（a T ） 在規(guī)定溫度下，NTC熱敏電阻零動功率電阻值的相對變化與引起該變化的溫度變化值之比值。1跖Ba t - 話l TR旦T門a T :溫度T （ K ）時的零功率電阻溫度系數(shù)。RT :溫度T （ K ）時的零功率電阻值。T :溫度（T ）。B :材料常數(shù)。在規(guī)定環(huán)境溫度下，NTC熱敏電阻耗散系數(shù)是電阻中耗散的功率變化與電阻體相應的溫度變化之比值。8: NTC熱敏電阻耗散系數(shù)，（mW/ K）。 P : NTC熱敏電阻消耗的功率（mW）。 T : NTC熱敏電阻消耗功率 P時，電阻體相應的溫度變化（K ） 熱時間常數(shù)（T ）在零功率條件下，當溫度突變時，熱敏電阻的溫度變化了始未兩個溫度差的63.2%時所需的