改善浪涌電流保護(hù)

今天的許多應(yīng)用，包括工業(yè)機(jī)械、電動(dòng)工具和其他大電流設(shè)備，都將限制浪涌電流作為主要設(shè)計(jì)考慮因素，以應(yīng)對(duì)浪涌電流的問題影響。當(dāng)系統(tǒng)通電并出現(xiàn)電流尖峰時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)浪涌電流。該電流可以大大高于標(biāo)準(zhǔn)工作電流。如果管理不當(dāng)，可能會(huì)降低有效使用壽命并對(duì)設(shè)備造成損壞。例如，浪涌電流可能會(huì)禁用冷卻風(fēng)扇，最終導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)故障。

快速開關(guān)的應(yīng)用（例如焊接設(shè)備）特別關(guān)注限制浪涌電流。限制浪涌電流電路必須在每次上電時(shí)立即復(fù)位以保護(hù)系統(tǒng)。這進(jìn)一步使浪涌電流的管理復(fù)雜化。

浪涌電流概述

在通電期間，可能會(huì)出現(xiàn)高浪涌電流，因?yàn)?a target="_blank">電源的鏈路電容器起到抑制輸出電流紋波的作用。該電容器的作用類似于短路，導(dǎo)致電流涌入。浪涌持續(xù)到電容器充電為止。浪涌電流的長度取決于電源和鏈路電容器。

電源的低內(nèi)阻加劇了這個(gè)問題。電源中的任何電阻都會(huì)通過熱量導(dǎo)致效率低下。為了最大限度地減少電阻，工程師通常使用電感負(fù)載。雖然這提高了電源的整體運(yùn)行效率，但由于缺乏電阻，當(dāng)電源開啟時(shí)，浪涌電流可以通過主系統(tǒng)。

上電時(shí)在電源和系統(tǒng)之間臨時(shí)引入高電阻，限制浪涌電流。當(dāng)通電時(shí)的初始電流浪涌完成時(shí)，電阻會(huì)斷開。

基于 NTC 的限制

對(duì)于許多系統(tǒng)，負(fù)溫度系數(shù) (NTC) 熱敏電阻可以有效限制浪涌電流。NTC 熱敏電阻根據(jù)其溫度提供可變電阻。在電源和系統(tǒng)之間放置一個(gè) NTC 熱敏電阻可以限制浪涌電流（見圖1）。起初，NTC 熱敏電阻的初始溫度較低，提供高電阻。當(dāng)系統(tǒng)通電時(shí)，它會(huì)為 NTC 熱敏電阻通電，導(dǎo)致溫度升高，從而降低電阻。隨著電阻下降到較低的值，電流通過而不會(huì)對(duì)正常操作或功率效率產(chǎn)生不利影響。

圖 1： 用于限制浪涌電流的基于 NTC 的限制電路：一個(gè) NTC 熱敏電阻放置在電源和系統(tǒng)之間。通電時(shí)，NTC 熱敏電阻提供高電阻以限制浪涌電流。隨著浪涌電流的下降，NTC 熱敏電阻會(huì)自熱，其電阻值會(huì)降至足夠低的值以使電流通過。

例如，考慮一個(gè)具有 10 A 連續(xù)電流和 100 A 浪涌電流的系統(tǒng)。通電時(shí)，NTC MS32 10015 熱敏電阻的初始電阻為 10 歐姆。NTC MS32 10015 不允許通過 100 A，而僅允許通過 35 A。然后，隨著 NTC MS32 10015 自發(fā)熱，其電阻下降并降低電流，直到浪涌電流結(jié)束。NTC MS32 10015 仍會(huì)繼續(xù)發(fā)熱，電阻降至 0.05 ohm 低至 0.05 歐姆，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)并使電流通過最小的效率損失。

與使用固定電阻器和旁路電路的浪涌限制電路相比，基于 NTC 的限制具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)?；?NTC 的電路通常占用固定電阻器的一半電路板空間。它還提供更高級(jí)別的浪涌電流保護(hù)。由于電阻會(huì)隨著自熱而下降，因此不需要旁路電路來禁用限制電路。最后，與基于固定電阻器的限流相比，基于 NTC 的電路總成本更低。

基于 PTC 的限制

NTC熱敏電阻是最常用的限幅器。它們具有廣泛的用途和應(yīng)用。但是，存在一些需要正溫度系數(shù) (PTC) 的情況。如果系統(tǒng)滿足下列例外情況之一，PTC 熱敏電阻是最佳選擇。

例外：

環(huán)境溫度大于室溫：如果環(huán)境溫度已經(jīng)很高，系統(tǒng)上電時(shí)NTC熱敏電阻的阻值會(huì)降低。這種較低的電阻會(huì)降低 NTC 熱敏電阻的限制能力，并可能使系統(tǒng)處于危險(xiǎn)之中。

環(huán)境溫度低于室溫：如果環(huán)境溫度已經(jīng)很低，NTC熱敏電阻的阻值會(huì)很高。即使在初始浪涌結(jié)束后，高溫也會(huì)限制所有電流并阻止系統(tǒng)實(shí)際開啟。

重置時(shí)間需要接近于零：某些類型的設(shè)備，例如焊接設(shè)備或等離子切割機(jī)，作為其正常操作的一部分，經(jīng)常打開和關(guān)閉。這會(huì)產(chǎn)生多個(gè)浪涌電流實(shí)例?；?NTC 的限制根據(jù) NTC 熱敏電阻的特性進(jìn)行操作，以自熱并降低其電阻。但是，當(dāng)系統(tǒng)快速關(guān)閉然后再次打開時(shí)，NTC 熱敏電阻可能沒有完全冷卻。NTC 熱敏電阻釋放熱量和復(fù)位需要時(shí)間，具體取決于 NTC 熱敏電阻的尺寸和質(zhì)量。如果 NTC 熱敏電阻沒有足夠的時(shí)間冷卻，當(dāng)系統(tǒng)再次開啟時(shí)，它的電阻會(huì)降低，從而降低其處理浪涌電流和保護(hù)系統(tǒng)的能力。

短路：短路會(huì)使系統(tǒng)的內(nèi)阻降至接近零，從而迅速提高系統(tǒng)從電源汲取的電流。由于 NTC 熱敏電阻限制該電流，它的溫度會(huì)迅速升高，從而降低其電阻。這允許更多的電流流過，直到它可能損壞系統(tǒng)。短路產(chǎn)生的大電流也會(huì)損壞 NTC 熱敏電阻。

基于 PTC 的限制分析

當(dāng)上述情況發(fā)生時(shí)，正溫度系數(shù) (PTC) 熱敏電阻可以提供有效的浪涌電流保護(hù)。PTC 熱敏電阻的作用與 NTC 熱敏電阻相反：隨著溫度升高，其電阻增加。電阻在居里溫度 (T c )開始迅速增加。例如，圖 2 顯示了 PTC MCL20500100 熱敏電阻與 NTC 熱敏電阻的性能對(duì)比。在 T c 電阻迅速增加。在低溫下電阻保持不變。

NTC 熱敏電阻的電阻會(huì)隨著自熱而下降，而 PTC MCL20500100 熱敏電阻的電阻會(huì)增加。在 PTC MCL20500100 的特定閾值 120°C 下，電阻急劇增加，使 PTC MCL20500100 能夠快速響應(yīng)浪涌電流。另請(qǐng)注意 PTC MCL20500100 如何在低溫下具有平坦的響應(yīng)，使其在整個(gè)溫度范圍內(nèi)都有效。

PTC 熱敏電阻權(quán)衡

在基于 PTC 的限幅電路中進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行一些權(quán)衡。PTC 熱敏電阻的成本大約是 NTC 熱敏電阻的 1.5 倍。此外，基于 PTC 的限制需要一個(gè)有源電路來繞過 PTC 熱敏電阻，以防止關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)。隨著電阻的增加，它會(huì)限制輸入電流。即使在浪涌電流下降到正常水平后也會(huì)發(fā)生這種情況。

在通電期間，旁路電路在設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)處于活動(dòng)狀態(tài)，通常是浪涌電流穩(wěn)定所需量的 3 或 4 倍（見圖3）。然后，旁路電路自行關(guān)閉并通過 PTC 熱敏電阻將電流送回，以保護(hù)系統(tǒng)免受短路。如果旁路電路總是由大電流觸發(fā)，則限制電路在短路期間不會(huì)提供保護(hù)?？傮w而言，增加的響應(yīng)能力和高級(jí)保護(hù)超過了旁路電路增加的復(fù)雜性和成本。

圖 3： 完整的基于 PTC 的限制電路，帶有旁路電路：基于 PTC 的限制電路需要一個(gè)旁路電路來通過 PTC 熱敏電阻將電流送回，以保護(hù)系統(tǒng)免受短路。通過將旁路設(shè)置為浪涌電流穩(wěn)定所需量的 3 或 4 倍，基于 PTC 的限制器的響應(yīng)時(shí)間非常快。

NTC thermistors limit inrush current by providing low resistance in high temperatures. They are also the most commonly used thermistor because they fit a wide range of equipment. Certain scenarios, however, may require PTC thermistors. These thermistors stop inrush current by providing high resistance in high temperatures. Examples include industrial equipment, power tools, and other fast switching systems (see Table 1 ). For these cases, PTC thermistors provide cost-effective protection and superior responsiveness. Other benefits include: near-zero reset time, ability to operate in extreme temperature conditions, and effectiveness when limiting high current from shorts.

NTC vs. PTC Comparison

Table 1: PTC-based inrush current limiting provides many advantages over fixed- or NTC-based limiting for applications such as fast switching and high current industrial equipment and power tools.

審核編輯：劉清