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TDK技术注释: 如何使用浪涌电流限制器NTC

2018-10-10
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在启动电子设备(如开关电源(SMPS)或逆变器)时,设备会通过具有高峰值的瞬时异常电流。它被称为励磁涌流,如果没有保护,它可能破坏半导体器件或对平滑电容器的使用寿命产生有害影响。NTC热敏电阻用作ICL(励磁涌流抑制器),方便、有效地保护电气、电子器件的电路免受励磁涌流的影响。


NTC热敏电阻是一种采用具有负温度系数(NTC)的特殊半导体陶瓷的温度相关电阻。它们在室温下具有很高的电阻,当它们通电时,自己产生热量,随着温度升高,电阻下降。由于具有这种特性,它们被用作电气和电子设备的电流保护装置,方便、有效地限制异常电流,包括在通电时的励磁涌流。用作电流保护装置的NTC热敏电阻也称为电源热敏电阻。


固定电阻或NTC热敏电阻可以用来限制励磁涌流。然而,固定电阻总是导致功率损耗和性能下降。NTC热敏电阻以其较高的初始电阻限制励磁涌流,然后由于通电而温度升高,电阻降到室温水平的百分之几,从而达到比使用固定电阻更低的功率损耗。换句话说,用NTC热敏电阻限制励磁涌流的效果比使用具有相同初始功率损耗的固定电阻的效果要大。


以下是NTC热敏电阻在限制励磁涌流中的应用示例。


各种开关电源(SMPS)——它们体积小、重量轻、性能高——通常被用作电子设备的电源。给SMPS通电时,具有高峰值的励磁涌流给平滑电容器充电,从而给装置充电。由于这种励磁涌流会对电容器的使用寿命产生有害影响,损坏电源开关的触点或破坏整流二极管,所以有必要采取相应的对策。


如下图所示,通过插入NTC热敏电阻来限制SMPS的励磁涌流被广泛地用作形成用于限制电源中的励磁涌流的低成本简易电路的方式。即使在整流器电路之后连接NTC热敏电阻,也可以得到相同的结果。

图1 开关电源中的励磁涌流限制


各种电源电路和外围电路紧凑地集成到一起的内置电源称为电源模块。交流-直流电源模块是由交流-直流整流电路、直流-直流转换器以及少量外部零部件组成的电源,可以形成一个节省空间的优化电源系统。插入一个NTC热敏电阻(电源热敏电阻)可以有效地限制在通电时施加到输入和输出电容器上励磁涌流。

图2 交流-直流电源模块中的励磁涌流限制

在直流-直流转换器等的直流电源电路等中,NTC热敏电阻用作电源热敏电阻,有效地限制励磁涌流,输入和输出电容器在接通电源时充电。NTC热敏电阻的电阻在通电后变得非常低,达到比使用固定电阻时更低的功率损耗。

图3 直流-直流转换器中的励磁涌流限制

感应电机经常用于工厂、大型设施、办公楼等的风扇、泵、空调和其他设备。感应电机结构简单、稳定,但其转速取决于频率。为了控制转速,需要逆变器。装有逆变器的电机被称为变速驱动(VSD),它能够显著降低功耗。


逆变器系统包括转换器部分、逆变器部分和安装在转换器部分之后的直流链路电容器(平滑电容器)。启动时,装置充电,峰值比稳定电流大几倍的励磁涌流充满直流链路电容器。这种励磁涌流可能对直流电容器的使用寿命产生有害影响或破坏半导体器件。为了防止励磁涌流,所以连接NTC热敏电阻(电源热敏电阻)。

图4 工业逆变器中的励磁涌流限制(三相)


图5 工业逆变器中的励磁涌流限制(单相)




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