熱敏電阻抑制浪涌電流設計

圖1是典型的電子產(chǎn)品電源部分簡(jiǎn)化電路，C1是與負載并聯(lián)的濾波電容。在開(kāi)機上電的瞬間，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。根據一階電路零狀態(tài)響應模型所建立的一階線(xiàn)性非齊次方程可以求出其電流初始值相當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

　　
假設輸入電壓V1為220Vac，整個(gè)電網(wǎng)內阻(含整流橋和濾波電容)Rs=1Ω，若正好在電源輸入波形達到90度相位的時(shí)候開(kāi)機，那么開(kāi)機瞬間浪涌電流的峰值將達到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)力設備瞬間掉電，對臨近設備的正常工作產(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，即負溫度系數熱敏電阻，其特性是電阻值隨著(zhù)溫度的升高而呈非線(xiàn)性的下降。NTC在應用上一般分為測溫熱敏電阻和功率型熱敏電阻，用于抑制浪涌的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。對于同時(shí)兼容110Vac和220Vac輸入的雙電壓輸入產(chǎn)品，應該在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(xiàn)連接時(shí)和220Vac輸入連接線(xiàn)斷開(kāi)時(shí)的沖擊電流大小一致，也可單獨在R3或R4處放置一個(gè)NTC熱敏電阻。對于只有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)，即標稱(chēng)零功率電阻值。參考圖1的例子，串接10ΩNTC時(shí)，開(kāi)機浪涌電流為：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 )在毫秒級的時(shí)間內迅速下降到一個(gè)很小的級別，一般只有零點(diǎn)幾歐到幾歐的大小，相對于傳統的固定阻值限流電阻而言，這意味著(zhù)電阻上的功耗因為阻值的下降隨之降低了幾十到上百倍，因此這種設計非常適合對轉換效率和節能有較高要求的產(chǎn)品，如開(kāi)關(guān)電源。