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浪涌抑制-功率NTC选型计算

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     楼主| 发表于 2024-9-26 11:21 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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    本帖最后由 liht1634 于 2024-9-26 11:22 编辑 3 ^, P3 H8 A7 F, s& O9 g) d4 _

    5 _% ~0 ]8 T# r4 y8 f: t# M% k​目录:
    3 g! H1 z" F( \6 [& x! J一、概述
    ( i- ]  M# y1 @! ^$ r& Z' ]2 q2 D二、NTC抑制浪涌原理6 @; L7 n1 `0 [$ G- h* f
    三、功率NTC的介绍' _  u7 n; c* O5 ^0 J" e- l5 q" L
    四、功率NTC选型原则6 a$ e' g3 b+ Y/ J. C, Q+ [
    1、峰值正向浪涌电流
    # G+ f# z& N" O. h! a2、阻值选取. V# l/ V" X7 p
    3、正常工作的计算8 D# Y% z5 j( b- [1 @/ ?' u3 V

    0 ]6 ?, F. w) _7 b8 z5 x6 s! t' t8 H
    一、概述NTC热敏电阻除用于温度测量外,在电源中常用于抑制上电瞬间的浪涌电流,即功率型NTC热敏电阻(下称NTC)。
    9 L" }, _+ n# i 2 L7 s5 v, a* O7 x* F
    图1.1 AC转DC电路框图

    ; f" N4 x% g( [! h+ P
    ! b! y% f2 v+ b- ], ~  f, d0 e
    图1.2 NTC在开关电源中的位置
    : r7 X. W2 l/ Y( o0 V0 B
    7 _- I7 O! T, Q& W+ m. Z1 v
    & g# \5 {5 E9 v, }# P# ^  L* d

    + f* D2 U4 A" e" B, d二、NTC抑制浪涌原理
    , o* N9 T5 |" t# Y" c% u由于电容上电瞬间相当于短路,这样串联在电路中的开关、熔断器、二极管将造成非常大的浪涌冲击。
    6 r' v* J8 ~6 g一般串联一个NTC用于抑制这样的浪涌冲击。上电瞬间25℃时NTC的高阻值,限制流过NTC的电流。正常工作时,流过NTC的电流促使其温度上升,阻值下降。
    8 P% ~1 C( i4 g! W. H; ~$ F% F- q! z  b' r0 i
    9 ~- }0 K1 ~/ C* v8 v8 r

    0 ]! h1 Z% Q: ~* H; e$ s8 }+ x/ Q三、功率NTC的介绍- p3 a# [) d2 {( W; n9 E$ ?  c
    常用的是下图中的黑色,也有绿色,或者其他。
    # i1 f6 Z8 k7 M 3 I6 C! M  b7 c0 ]
    图3.1 NTC的实物

    # r2 L# Z# U- i0 r7 Y: t 0 m: }, g) B( p) A7 x( e# v8 C2 l
    图3.2 NTC代码含义

    6 @2 `0 ^0 H2 d3 W比如8D-9表示:25℃为8Ω,本体直径9mm。
    ) w4 ?: Y$ L% c) g' R  n( @, k* @' z/ a+ m
    0 ?* _. ^9 s. `1 l2 o- @% L

    ( x6 L/ v$ D0 `, W: X' [, s四、功率NTC选型原则; t9 @- P" Q8 w5 Y8 t7 G- @
    1、峰值正向浪涌电流9 p: s$ `' i! x5 h3 `
    如图1.1所示,这里保护的对象为MB10S内部的二极管,二极管损坏一般为通过大电流急剧升温而热击穿,会在极短时间内烧毁(损坏现象一般是熔接短路,严重则会熔断)。注意:NTC需要在半波时间内将电流抑制住。
    2 h3 M4 F( z* B( ?6 u这里我们主要按照一个半波时间内Ifsm峰值正向浪涌电流35A计算。$ B! n7 E- b! k2 k2 P; c; }) Y1 L' b
      u! w  L6 N6 A% [+ d$ @. s
    图4.1 峰值正向浪涌电流
    $ R+ s3 ?. X; _+ g
    若不是市电的半波时间,需要按照I²t计算电流。比如需保护的时间为3ms,那么Ifsm = √(10/3ms) ≈ 58A。$ A5 [9 D8 A" Q5 B
    $ J. p/ F/ e1 V9 [
    图4.2 峰值正向浪涌电流的I²t
    0 Z* S, t: Q& ~" S
    4 `6 D6 m; M* K- Y5 ^

    - U& t5 \1 y' l7 a/ L6 u$ G2、阻值选取5 r7 U& f% q5 o3 |! l2 Z. a
    图4.3 电流回路
    如图4.3所示,根据欧姆定律R = √2*Urms/Ifsm = 1.414*220V/35A ≈ 9Ω。此阻值包含:熔断器+NTC+铝电解电容ESR+线阻,熔断器与线阻非常小,此处忽略。1 R, f6 |" n) l
    & ?. W; Z3 `! u6 R3 v: p- ?
    $ b# V0 O2 P2 O  o/ ?5 R& h% f) @, q
    铝电解电容ESR:
    5 O; s% b4 M$ B; j: H) t" |
    1 O0 a2 C: t  d
    图4.4 电容ESR
    - @- ~# T6 \4 ~6 |; A
    若规格书中未给出ESR,请通过损耗角正切计算ESR,电子元件-电容之5、损耗角正切计算ESR
    , {: G5 N/ j* v( C: C4 n5 i8 K
    : a) {2 m1 J. ]- j+ n+ \
    图4.5
    损耗角正切

    5 V$ k" C5 n9 i9 N0 l假定选择10uF/400V电容,其ESR = 4.5Ω,那么选用NTC的R25阻值(Zero Power Resistance)需要大于9Ω-4.5Ω。! p) w% ^% I5 e* ], z
    3 ~4 E; ^( F) r1 V9 ]8 m

    " g9 Y/ G4 U) G3、正常工作的计算
    + q# @! K9 V5 P4 e4 l 3 X8 i" h0 D" E4 n! I
    图4.6 NTC规格书

    ' n  r, i* J0 [/ R8 x0 m
    2 q5 q* t- I/ g  ]* X' {

    5 F; H( L9 g1 J" u' [' q) x1 l+ D1)正常工作时,假若为1A电流,最大稳态电流Maximum Steady State Current只要大于1A即可。6 F3 O2 Z7 M9 `( p* d* q! ^8 H

    , j4 }5 P3 r: n( y2 ?* B* M2)残余电阻Residual Resistance指浪涌过后,正常工作时的最小电阻,即工作温度达到170℃时的电阻。比如NTB0-005在170℃时,残余电阻 = 0.325Ω。
    4 ]/ b) l! E: C* [ ( _4 u8 S# u6 i5 F* T' S/ \4 }
    3)热时间常数Thermal Time Consant指从高温工作状态恢复至25℃所需的最小时间。
    8 |+ S! j' }. v- [0 S: ] 1 N& R7 U5 m7 d. l
    所以重复开关NTC将起不了作用,一般的做法是在NTC上并联继电器。上电瞬间使用NTC,正常工作时电流通过继电器触点。3 ]  L* O5 r5 R6 O* q3 L& P1 R
    6 e6 i/ V6 k, ?; w
    4)耗散常数Thermal Dissipation Consant指温度每升高1℃所需要的耗散功率。
      \0 T5 F9 r3 j7 y$ L# r
    & D1 L) t- G& x: u以NTB02-005说明,比如温度上升至170℃,所需的耗散功率 = (170℃-25℃)*7mW = 1.015W。/ {3 ], H6 h" {* ?5 d" Q
    5)推荐电容Recommend Capacitance( B3 S" D2 q& ?
    # ^# h: |: X& D
    倘若选择NTB02-005,那么图1.1连接的平滑电容器的容值不能大于60uF。) N) n- M) J( i' U, m  `
    功率型NTC热敏电阻的焦耳能量计算公式:E = (1/2)*C*U²,可见容量越大,NTC的功耗则越大。3 d# J' J4 J  k3 T
    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
    3 i- S5 i' z  {5 ]1 O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*420²/220² = 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。
    / G# y; |6 ~- k" x- _8 }& R, E+ s6 l, I6 b7 A7 _

    $ A; x7 h& N0 u6)最大稳态功耗Maximum Steady Power" k1 T: p$ w6 L# A$ M! D- {5 y

    ( D. c* m' \# K5 `+ E. O5 U+ S(1)正常工作时不超过“最大稳态功耗”P = I²R,就不会损坏。
    : G7 Z  [; x9 z* q* P- A9 ](2)瞬间上电温度不能超过温度上限,上图的170℃。故正常工作时,不要尝试用手触摸NTC本体。6 {; L7 x( ^! p% G' {6 K

    如若喜欢这篇文章,不妨留下您宝贵的点赞,这将是对我莫大的鼓励。0 F1 J; b% Z7 B! o" d0 H
    4 e" O/ y9 x1 Z: S( b% t8 z
    ( I6 m' G' {3 j
    & b& E  @: i0 l" ?' l) x9 D
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