标签: 电源浪涌

    NTC 热敏电阻的工作环境     由于 NTC 热敏电阻受环境温度影响较大，一般在产品规格书中只给出常温下（ 25 ℃）的阻值，若产品应用条件不是在常温下，或因产品本身设计或结构的原因，导致 NTC 热敏电阻周围环境温度不是常温的时候，必须先计算出 NTC 在初始状态下的阻值才能进行以上步骤的选择。     当环境温度过高或过低时，必须根据厂家提供的降功耗曲线进行降额设计。将功耗曲线一般有两种形式 。     事实上，不少生产厂家都对自己的产品定义了环境温度类别，在实际应用中，应尽量使 NTC 热敏电阻工作的环境温度不超出厂家规定的上 / 下限温度。同时，应注意不要使其工作在潮湿的环境中，因为过于潮湿的环境会加速 NTC 热敏电阻的老化。     通过以上分析可以看出，在电源设计中使用 NTC 热敏电阻型浪涌抑制器，其抑制浪涌电流的能力与普通电阻相当，而在电阻上的功耗则可降低几十到上百倍。对于需要频繁开关的应用场合，电路中必须增加继电器旁路电路以保证 NTC 热敏电阻能完全冷却恢复到初始状态下的电阻。在产品选型上，要根据最大额定电压和滤波电容值选定产品系列，根据产品允许的最大启动电流值和长时间加载在 NTC 热敏电阻上的工作电流来选择 NTC 热敏电阻的阻值，同时要考虑工作环境的温度，适当进行降额设计。

  NTC 热敏电阻的选型 要点 最大额定电压和滤波电容值 滤波电容的大小决定了应该选用多大尺寸的 NTC 。对于某个尺寸的 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。在 电源 应用中，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 NTC 热敏电阻承受浪涌电流的能力。对于某一个具体的 NTC 热敏电阻来说，所能承受的最大能量已经确定了，根据一阶电路中电阻的能量消耗公式 E=1/2 × CV2 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。      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 200 μ F ，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=729 μ F ，这样在选型时就必须选择 220Vac 下允许接入电容值大于 729 μ F 的型号。     产品允许的最大启动电流值和长期加载在 NTC 热敏电阻上的工作电流     电子产品允许的最大启动电流值决定了 NTC 热敏电阻的阻值。假设电源额定输入为 220Vac ，内阻为 1 Ω，允许的最大启动电流为 60A ，那么选取的 NTC 在初始状态下的最小阻值为 Rmin= （ 220 × 1.414/60 ） -1=4.2 （Ω）。至此，满足条件的 NTC 热敏电阻一般会有一个或多个，此时再按下面的方法进行选择。      产品正常工作时，长期加载在 NTC 热敏电阻上的电流应不大于规格书规定的电流。根据这个原则可以从阻值大于 4.2 Ω的多个电阻中挑选出一个适合的阻值。当然这指的是在常温情况下。如果工作的环境温度不是常温，就需要按下文提到的原则来进行 NTC 热敏电阻的降额设计。

  终止浪涌的简单高效浪涌电流限制器      通常为 200W 或 200W 以上负载供电的离线 电源， 都需要采用 浪涌电流限制器 。毫无限制的浪涌电流可达数百安培。这样大的电流会损坏线路整流器、融断保险、使输入滤波电感器开路、或损坏 PFC （功率因数校正）滤波器电容。一种简单的限制浪涌电流的方法是，使用一个与供电线路串联的 NTC( 负温度系数 ) 热敏电阻。热敏电阻在冷却时具有较高的电阻，但其电阻值随着温度升高会显著降低，以其热惰性及电阻快速变化特性限制了浪涌电流。 　　然而， NTC 热敏电阻同时也会对电源的正常工作电流产生阻力。为了将热敏电阻正常电阻值维持在较低的水平，应该使其在持续的较高温度下工作，但这可能会影响电源的温度曲线图，并会增加机箱内的温度，而这对功耗影响非常大。 　　本设计实例提出了一种能有效地限制浪涌电流而不会对电源封装增加额外热源的电路。电源直流部分电路中的开关串联电阻正常工作时不会增加功耗，能有效地限制浪涌电流，直到 PFC 线路的电解电容器需要完全充电为止。然后，一个机电或光学隔离的 半导体 继电器将电阻短路。 　　可要确定 PFC 电容器是否充满电却并不容易。通用的电源设计可在多种交流输入电压下工作，想要确定能说明电容完全充满电的 电压就不太容易了。此外，浪涌电流限制器还要延迟其它内部附属电源及其它消耗功率电路的工作，以允许 PFC 线路电容器充电到预定程度。 　　解决这些问题的最简单方法，是使用一个能测量浪涌电流本身、而不是 PFC 电容器两端电压的电路。它通过监测浪涌电流振幅消失来确定浪涌过程的结束。在达到一个预设阀值时，电路发出启动附属电源及其它电路的命令。通过监测浪涌电流，可以有效地控制电源的启动点，并使启动阀值独立于输入线路电压。

  NTC抑制浪涌——改进型电源设计     使用NTC浪涌抑制器的电路与使用固定电阻的电路相比，已经具备了节能的特性。对于某些特殊的产品，如工业产品，有时客户会提出如下要求：1、如何降低NTC的故障率以提高其使用寿命？2、如何将NTC的功耗降至最低？3、如何使串联了NTC热敏电阻的电源电路能适应循环开关的应用条件？     对于第1、2两点，因为NTC热敏电阻的主要作用是抑制浪涌，产品正常启动后它所消耗的能量是我们不需要的，如果有一种可行的办法能将NTC热敏电阻从正常工作的电路中切断，就可以满足这种要求。 对于第3点，首先分析为什么使用了NTC热敏电阻的产品不能频繁开关。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NTC热敏电阻的，这个工作电流足以使NTC的表面温度达到100℃～200℃。当产品关断时，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。这个恢复时间与NTC热敏电阻的耗散系数和热容有关，工程上一般以冷却时间常数作为参考。所谓冷却时间常数，指的是在规定的介质中，NTC热敏电阻自热后冷却到其温升的63.2％所需要的时间（单位为秒）。冷却时间常数并不是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。         在上述思路的指导下，产生了图3的改进型电路。产品上电瞬间，NTC热敏电阻将浪涌电流抑制到一个合适的水平，之后产品得电正常工作，此时继电器线圈从负载电路得电后动作，将NTC热敏电阻从工作电路中切去。这样，NTC热敏电阻仅在产品启动时工作，而当产品正常工作时是不接入电路的。这样既延长了NTC热敏电阻的使用寿命，又保证其有充分的冷却时间，能适用于需要频繁开关的应用场合。安达森生产销售ESD防静电电子元器件，静电保护管，NTC,TVS.

  　 防雷击浪涌电路的设计 　　 此 设计是一种基于压敏电阻和陶瓷气体放电管的单相并联式抗雷击浪涌电路，并将其应用到仪表的开关电源上。整个电路包括防雷电路和开关电源电路，其中防雷电路采用 3 个压敏电阻和一个陶瓷气体放电管组成复合式对称电路，共模、差摸全保护。与经典的开关电源电路组成防雷仪表的电源电路，采用压敏电阻并联，延长使用寿命，在压敏电阻短路失效后与开关电源电路分离，不会引起失火。 　　为了实现上述目的所采取的设计方案是：将压敏电阻和陶瓷气体放电管的单相并联式抗雷击浪涌电路应用到仪表的电源上。主要分为防雷电路部分和开关电源电路部分，电路简单，采用复合式对称电路，共模、差摸全保护，可以不分 L 、 N 端连接。使压敏电阻 RV1 位于贴片整流模块前端分别与电源 L 、 N 并联，主要来钳位 L 、 N 线间电压，压敏电阻 RV0 、 RV2 与陶瓷气体放电管 FD1 串联后接地， RV0 与 FD1 串联主要是泄放 L 线上感应雷击浪涌电流， RV2 与 FD1 串联主要是泄放由信号口串人 24V 参考电位上的能量， RV0 、 RV2 短路失效后， FD1 可将其与电源电路分离，不会导致失火现象。 RV1 前端线路上串联了一个线绕电阻，当此 RV1 短路失效时，线绕电阻可起到保险丝的作用，将短路电路断开，压敏电阻属电压钳位型保护器件，其钳位电压点即压敏电阻参数选择相对比较重要 ( 选压敏电压高一点的，通流量大一些的更安全、耐用，故障率低 ) ；根据通流容量要求选择外形尺寸和封装形式，本电路中采用 561k － 10D 的压敏电阻与陶瓷气体放电管串联来延长使用寿命和确保安全。陶瓷气体放电管的通流容量根据要求的通流容量选择，电路采用 3RM470L － 7 ． 5 － L ，通流量为 5000A 。线绕电阻 R1 起限流分压作用；贴片整流模块为开关电源电路前端整流作用， C1 为高压滤波电容， Y1 为去耦电容，电阻 R2 和电容 C2 及 VD2 组成开关电源芯片 MOS 管的吸收钳位电路，保护芯片，开关电源芯片采用 PI 公司的 TNY27 系列， TR1 为高频变压器， VD3 、 C3 构成高频变压器次级滤波， U2 、 VD4 、 R3 、 R4 、 R5 构成开关电源电路的反馈电路，可将变压器次级输出电压稳定在设计值，此防雷抗浪涌电路在实际使用中取得了较好的效果。 　　基于压敏电阻和陶瓷气体放电管的单项并联式防雷电路在近年的太阳能控制仪表开发中逐渐被广大设计人员所青睐，设计的电路就其严谨性，完全符合国标 GB ／ T 17626 ． 5 的试验标准。在实际使用中可以空出 PCB 板的空间来为开发者提供随心所欲的设计舞台。