浪涌抑制-功率NTC选型计算

[智能硬件]

目录：

一、概述

二、NTC抑制浪涌原理

三、功率NTC的介绍

四、功率NTC选型原则

1、峰值正向浪涌电流

2、阻值选取

3、正常工作的计算

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一、概述

NTC热敏电阻除用于温度测量(热敏电阻温度检测-分段曲线拟合、Steinhart-Hart与查表)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)。

图1.1 AC转DC电路框图

图1.2 NTC在开关电源中的位置

二、NTC抑制浪涌原理

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。

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。

三、功率NTC的介绍

常用的是下图中的黑色，也有绿色，或者其他。

图3.1 NTC的实物

图3.2 NTC代码含义

比如8D-9表示：25℃为8Ω，本体直径9mm。

四、功率NTC选型原则

1、峰值正向浪涌电流

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。

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。

图4.1 峰值正向浪涌电流

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。

图4.2 峰值正向浪涌电流的I²t

2、阻值选取

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。

铝电解电容ESR：

图4.4 电容ESR

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。

图4.5 损耗角正切

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。

3、正常工作的计算

图4.6 NTC规格书

1）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。

2）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。

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。

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。

4）耗散常数Thermal Dissipation Consant指温度每升高1℃所需要的耗散功率。

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。

5）推荐电容Recommend Capacitance

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。

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。

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。

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。

6）最大稳态功耗Maximum Steady Power

（1）正常工作时不超过“最大稳态功耗”P = I²R，就不会损坏。

（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。

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