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華巨電子
為了避免電子電路中在開(kāi)機(jī)瞬間產(chǎn)生的浪涌電流，在電源電路中串接一個(gè)功率型NTC熱敏電阻，能有效的抑制開(kāi)機(jī)時(shí)的浪涌電流，并在完成浪涌電流抑制作用后，由于通過(guò)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(gè)非常小的程度，它消耗的功率可以忽略不計(jì)，不會(huì)對(duì)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(kāi)機(jī)浪涌電流保護(hù)電子設(shè)備免遭破壞的最為簡(jiǎn)便而有效的措施。
功率型NTC熱敏電阻器的選用原則
1.電阻器的最大工作電流〉實(shí)際電源回路的工作電流
2.功率型電阻器的標(biāo)稱電阻值
R≥1.414*E/Im
式中 E為線路電壓
Im為浪涌電流
對(duì)于轉(zhuǎn)換電源，逆變電源，開(kāi)關(guān)電源，UPS電源， Im=100倍工作電流
對(duì)于燈絲，加熱器等回路 Im=30倍工作電流
3.B值越大，殘余電阻越小，工作時(shí)溫升越小
4.一般說(shuō)，時(shí)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(qiáng)。
華巨電子生產(chǎn)的功率型防浪涌熱敏電阻工3種類型如下：
其中SC系列為常規(guī)熱敏電阻常見(jiàn)的有D5,D7,D9,D11,D13,D15,D20,D25系列，如5D5,5D7,5D9,10D11,10D15,5D20,5D25等
具體規(guī)格型號(hào)和參數(shù)等信息參見(jiàn)：http://www.miejunlu.cn/ntcremin/sc.htm
SCD系列是SCD系列大功率NTC熱敏電阻是華巨電子工程師花費(fèi)數(shù)年時(shí)間研制出來(lái)的專利產(chǎn)品，產(chǎn)品選用納米材料等高科技產(chǎn)品作為原材料聯(lián)合南京東南大學(xué)和理工大學(xué)等幾所學(xué)校和科研院所聯(lián)合研發(fā)的新一代抑制浪涌的功率型NTC熱敏電阻，生產(chǎn)中采用新工藝新技術(shù)生產(chǎn)的新一代防浪涌NTC熱敏電阻，SCD系列熱敏電阻具有抑制浪涌能力強(qiáng)，最大穩(wěn)態(tài)電流大，性能穩(wěn)定，性價(jià)比高等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于各種大功率電源，充電器，工業(yè)設(shè)備，汽車電子，航空航天領(lǐng)域，對(duì)于擬制浪涌沖，防止因電流浪涌損壞設(shè)備的正常運(yùn)行起到很好地保護(hù)作用。SCD系列具有大穩(wěn)態(tài)電流最大可以達(dá)到35A,大阻值，大電流，耐高溫的特點(diǎn)。相比SC系列的1歐的熱敏電阻最大穩(wěn)態(tài)電流10A的熱敏電阻，SCD系列可以做到1歐姆35A，SCD系列的防浪涌能力更強(qiáng)。
具體規(guī)格型號(hào)和參數(shù)等信息參見(jiàn)：http://www.miejunlu.cn/ntcremin/scd.htm
MF74系列熱敏電阻是特殊安裝方式的大功率熱敏電阻，除少數(shù)場(chǎng)合基本被SCD系列替代。
具體規(guī)格型號(hào)和參數(shù)等信息參見(jiàn)：http://www.miejunlu.cn/ntcremin/mf74.htm
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(shí)線為使用熱敏電阻后。
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隨著電子產(chǎn)品對(duì)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(lái)電子產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)方向，因此在產(chǎn)品的電源設(shè)計(jì)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(huì)有開(kāi)機(jī)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(shí)際應(yīng)用中應(yīng)如何選型。
開(kāi)機(jī)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(jiǎn)化電路，C1是與負(fù)載并聯(lián)的濾波電容。在開(kāi)機(jī)上電的瞬間，電容電壓不能突變，因此會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的充電電流。根據(jù)一階電路零狀態(tài)響應(yīng)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(dāng)于把濾波電容短路而得到的電流值。這個(gè)電流就是我們常說(shuō)的輸入浪涌電流，它是在對(duì)濾波電容進(jìn)行初始充電時(shí)產(chǎn)生的，其大小取決于啟動(dòng)上電時(shí)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(gè)電網(wǎng)內(nèi)阻（含整流橋和濾波電容）Rs=1Ω,若正好在電源輸入波形達(dá)到90度相位的時(shí)候開(kāi)機(jī)，那么開(kāi)機(jī)瞬間浪涌電流的峰值將達(dá)到I=220×1.414/1=311(A)。這個(gè)浪涌電流雖然時(shí)間很短,但如果不加以抑制，會(huì)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，讓使用同一輸入電源的其它動(dòng)力設(shè)備瞬間掉電，對(duì)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(kāi)機(jī)浪涌電流。圖2是一個(gè)常見(jiàn)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(jìn)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(fù)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(yīng)用上一般分為測(cè)溫?zé)崦綦娮韬凸β市蜔崦綦娮�，用于抑制浪涌�?/span>NTC熱敏電阻指的就是功率型熱敏電阻器。
圖2中R1~R4為熱敏電阻浪涌抑制器通常放置的位置。對(duì)于同時(shí)兼容110Vac和220Vac輸入的雙電壓輸入產(chǎn)品，應(yīng)該在R1和R2位置同時(shí)放兩個(gè)NTC熱敏電阻，這樣可使在110Vac輸入連接線連接時(shí)和220Vac輸入連接線斷開(kāi)時(shí)的沖擊電流大小一致，也可單獨(dú)在R3或R4處放置一個(gè)NTC熱敏電阻。對(duì)于只有220Vac輸入的單電壓產(chǎn)品，只需在R3或R1位置放1個(gè)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5Ω或10Ω），即標(biāo)稱零功率電阻值。參考圖1的例子，串接10ΩNTC時(shí)，開(kāi)機(jī)浪涌電流為：I=220×1.414/(1+10)=
28(A)，比未使用NTC熱敏電阻時(shí)的311A降低了10倍，有效的起到了抑制浪涌電流的作用。
開(kāi)機(jī)后，由于NTC熱敏電阻迅速發(fā)熱、溫度升高，其電阻值會(huì)在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)迅速下降到一個(gè)很小的級(jí)別，一般只有零點(diǎn)幾歐到幾歐的大小，相對(duì)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?yàn)樽柚档南陆惦S之降低了幾十到上百倍，因此這種設(shè)計(jì)非常適合對(duì)轉(zhuǎn)換效率和節(jié)能有較高要求的產(chǎn)品，如開(kāi)關(guān)電源。
斷電后，NTC熱敏電阻隨著自身的冷卻，電阻值會(huì)逐漸恢復(fù)到標(biāo)稱零功率電阻值，恢復(fù)時(shí)間需要幾十秒到幾分鐘不等。下一次啟動(dòng)時(shí)，又按上述過(guò)程循環(huán)。
改進(jìn)型電源設(shè)計(jì)
上述使用NTC浪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(duì)于某些特殊的產(chǎn)品，如工業(yè)產(chǎn)品，有時(shí)客戶會(huì)提出如下要求：1、如何降低NTC的故障率以提高其使用壽命？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(yīng)循環(huán)開(kāi)關(guān)的應(yīng)用條件？
對(duì)于第1、2兩點(diǎn)，因?yàn)?/span>NTC熱敏電阻的主要作用是抑制浪涌，產(chǎn)品正常啟動(dòng)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(duì)于第3點(diǎn)，首先分析為什么使用了NTC熱敏電阻的產(chǎn)品不能頻繁開(kāi)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(guò)NTC熱敏電阻的，這個(gè)工作電流足以使NTC的表面溫度達(dá)到100℃～200℃。當(dāng)產(chǎn)品關(guān)斷時(shí)，NTC熱敏電阻必須要從高溫低阻狀態(tài)完全恢復(fù)到常溫高阻狀態(tài)才能達(dá)到與上一次同等的浪涌抑制效果。這個(gè)恢復(fù)時(shí)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(shí)間常數(shù)作為參考。所謂冷卻時(shí)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(shí)間（單位為秒）。冷卻時(shí)間常數(shù)并不是NTC熱敏電阻恢復(fù)到常態(tài)所需要的時(shí)間，但冷卻時(shí)間常數(shù)越大，所需要的恢復(fù)時(shí)間就越長(zhǎng)，反之則越短。
在上述思路的指導(dǎo)下，產(chǎn)生了圖3的改進(jìn)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(gè)合適的水平，之后產(chǎn)品得電正常工作，此時(shí)繼電器線圈從負(fù)載電路得電后動(dòng)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(dòng)時(shí)工作，而當(dāng)產(chǎn)品正常工作時(shí)是不接入電路的。這樣既延長(zhǎng)了NTC熱敏電阻的使用壽命，又保證其有充分的冷卻時(shí)間，能適用于需要頻繁開(kāi)關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)合。
圖3
帶繼電器旁路電路的電源設(shè)計(jì)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(gè)要點(diǎn)：
最大額定電壓和濾波電容值
濾波電容的大小決定了應(yīng)該選用多大尺寸的NTC。對(duì)于某個(gè)尺寸的NTC熱敏電阻來(lái)說(shuō)，允許接入的濾波電容的大小是有嚴(yán)格要求的，這個(gè)值也與最大額定電壓有關(guān)。在電源應(yīng)用中，開(kāi)機(jī)浪涌是因?yàn)殡娙莩潆姰a(chǎn)生的，因此通常用給定電壓值下的允許接入的電容量來(lái)評(píng)估NTC熱敏電阻承受浪涌電流的能力。對(duì)于某一個(gè)具體的NTC熱敏電阻來(lái)說(shuō)，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×CV2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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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)范一般定義了在220Vac下允許接入的最大電容值。假設(shè)某應(yīng)用條件最大額定電壓是420Vac，濾波電容值為200μF，根據(jù)上述能量公式可以折算出在220Vac下的等效電容值應(yīng)為200×4202/2202=729μF，這樣在選型時(shí)就必須選擇220Vac下允許接入電容值大于729μF的型號(hào)。
產(chǎn)品允許的最大啟動(dòng)電流值和長(zhǎng)期加載在NTC熱敏電阻上的工作電流
電子產(chǎn)品允許的最大啟動(dòng)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，內(nèi)阻為1Ω，允許的最大啟動(dòng)電流為60A，那么選取的NTC在初始狀態(tài)下的最小阻值為Rmin=(220×1.414/60)-1=4.2(Ω)。至此，滿足條件的NTC熱敏電阻一般會(huì)有一個(gè)或多個(gè)，此時(shí)再按下面的方法進(jìn)行選擇。
產(chǎn)品正常工作時(shí)，長(zhǎng)期加載在NTC熱敏電阻上的電流應(yīng)不大于規(guī)格書規(guī)定的電流。根據(jù)這個(gè)原則可以從阻值大于4.2Ω的多個(gè)電阻中挑選出一個(gè)適合的阻值。當(dāng)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(lái)進(jìn)行NTC熱敏電阻的降額設(shè)計(jì)。
NTC熱敏電阻的工作環(huán)境
由于NTC熱敏電阻受環(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（25℃）的阻值，若產(chǎn)品應(yīng)用條件不是在常溫下，或因產(chǎn)品本身設(shè)計(jì)或結(jié)構(gòu)的原因，導(dǎo)致NTC熱敏電阻周圍環(huán)境溫度不是常溫的時(shí)候，必須先計(jì)算出NTC在初始狀態(tài)下的阻值才能進(jìn)行以上步驟的選擇。
當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，必須根據(jù)廠家提供的降功耗曲線進(jìn)行降額設(shè)計(jì)。將功耗曲線一般有兩種形式，如圖4所示。
圖4
降功耗曲線
對(duì)曲線a，允許的最大持續(xù)工作電流可用以下公式表示：
對(duì)曲線b，允許的最大持續(xù)工作電流可用以下公式表示：
事實(shí)上，不少生產(chǎn)廠家都對(duì)自己的產(chǎn)品定義了環(huán)境溫度類別，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)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(shí)，應(yīng)注意不要使其工作在潮濕的環(huán)境中，因?yàn)檫^(guò)于潮濕的環(huán)境會(huì)加速NTC熱敏電阻的老化。
結(jié)論
通過(guò)以上分析可以看出，在電源設(shè)計(jì)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(dāng)，而在電阻上的功耗則可降低幾十到上百倍。對(duì)于需要頻繁開(kāi)關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)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(fù)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(dòng)電流值和長(zhǎng)時(shí)間加載在NTC熱敏電阻上的工作電流來(lái)選擇NTC熱敏電阻的阻值，同時(shí)要考慮工作環(huán)境的溫度，適當(dāng)進(jìn)行降額設(shè)計(jì)。
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下圖為MF72-3D25的R-T阻溫特性曲線
NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻專業(yè)術(shù)語(yǔ)
零功率電阻值 RT（Ω）
RT指在規(guī)定溫度 T
時(shí)，采用引起電阻值變化相對(duì)于總的測(cè)量誤差來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)的測(cè)量功率測(cè)得的電阻值。
電阻值和溫度變化的關(guān)系式為：
RT = RN expB(1/T – 1/TN)
RT ：在溫度 T （ K ）時(shí)的 NTC 熱敏電阻阻值。
RN
：在額定溫度 TN （ K ）時(shí)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(yàn)公式，只在額定溫度 TN
或額定電阻阻值 RN
的有限范圍內(nèi)才具有一定的精確度，因?yàn)椴牧铣?shù) B
本身也是溫度 T 的函數(shù)。
額定零功率電阻值 R25 （Ω）
根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定，額定零功率電阻值是 NTC
熱敏電阻在基準(zhǔn)溫度 25 ℃ 時(shí)測(cè)得的電阻值 R25，這個(gè)電阻值就是
NTC 熱敏電阻的標(biāo)稱電阻值。通常所說(shuō) NTC
熱敏電阻多少阻值，亦指該值。
最大穩(wěn)態(tài)電流
在環(huán)境溫度為25℃時(shí)允許施加在熱敏電阻器上的最大連續(xù)電流。
25℃下最大電流時(shí)近似電阻值 （Ω）
25℃下最大電流時(shí)近似電阻值就是在環(huán)境溫度25℃時(shí)，對(duì)熱敏電阻施加允許的最大連續(xù)電流時(shí)，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 ）
B 值被定義為：
RT1 ：溫度 T1 （ K ）時(shí)的零功率電阻值。
RT2 ：溫度
T2 （ K ）時(shí)的零功率電阻值。
T1， T2
：兩個(gè)被指定的溫度（ K ）。
對(duì)于常用的 NTC 熱敏電阻， B 值范圍一般在 2000K ～
6000K 之間。
零功率電阻溫度系數(shù)（αT ）
在規(guī)定溫度下， NTC
熱敏電阻零動(dòng)功率電阻值的相對(duì)變化與引起該變化的溫度變化值之比值。
αT ：溫度 T （ K ）時(shí)的零功率電阻溫度系數(shù)。
RT
：溫度 T （ K ）時(shí)的零功率電阻值。
T ：溫度（ T
）。
B ：材料常數(shù)。
耗散系數(shù)（δ）
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(yīng)的溫度變化之比值。
δ： 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(shí)，電阻體相應(yīng)的溫度變化（ K
）。
熱時(shí)間常數(shù)(τ)
在零功率條件下，當(dāng)溫度突變時(shí)，熱敏電阻的溫度變化了始未兩個(gè)溫度差的
63.2% 時(shí)所需的時(shí)間，熱時(shí)間常數(shù)與 NTC
熱敏電阻的熱容量成正比，與其耗散系數(shù)成反比。
τ：熱時(shí)間常數(shù)（ S ）。
C： NTC
熱敏電阻的熱容量。
δ： NTC 熱敏電阻的耗散系數(shù)。
額定功率Pn
在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器長(zhǎng)期連續(xù)工作所允許消耗的功率。在此功率下，電阻體自身溫度不超過(guò)其最高工作溫度。
最高工作溫度Tmax
在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器能長(zhǎng)期連續(xù)工作所允許的最高溫度。即:
T0-環(huán)境溫度。
測(cè)量功率Pm
熱敏電阻在規(guī)定的環(huán)境溫度下，
阻體受測(cè)量電流加熱引起的阻值變化相對(duì)于總的測(cè)量誤差來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)時(shí)所消耗的功率。
一般要求阻值變化大于0.1%，則這時(shí)的測(cè)量功率Pm為：
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