【導(dǎo)讀】電源電路通電的瞬間，外部電源的能量首先轉(zhuǎn)移到輸入濾波電容上。該瞬間產(chǎn)生很大的浪涌電流，如果不加以限制，很容易損壞保險絲以及后續(xù)的整流二極管等周邊電子元器件。因此在電路設(shè)計時，需要考慮如何限制浪涌電流。在本文中，我們將首先介紹如何使用NTC熱敏電阻限制浪涌電流，然后介紹如何選擇NTC熱敏電阻，最后介紹如何使用繼電器進一步減小NTC熱敏電阻上的功耗。
限制浪涌電流，為什么用NTC？
NTC (負溫度系數(shù)) 熱敏電阻是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻。
下圖1是典型的AC-DC電源電路前端，圖中Z1為NTC熱敏電阻。該電阻在電源通電時能起到瞬間限流保護的作用。
電源電路通電的瞬間，可以看成是對濾波電容（如下圖1中的C1、C2）充電的過程。涌浪電流的大小可以用電壓除以濾波電容的等效串聯(lián)電阻來估算
電流值越大，對周邊電路的破壞力越大。
為了解決這一問題，最簡單方法加一個NTC熱敏電阻（如下圖1中的Z1）來減小涌浪電流的大小，此時通電瞬間的浪涌電阻相當(dāng)于電壓除以NTC熱敏電阻與濾波電容的等效串聯(lián)電阻之和
比如使用一個25℃時為10Ω的NTC熱敏電阻，假設(shè)濾波電容的等效串聯(lián)電阻為1Ω，那么浪涌電流大小將相應(yīng)降到十分之一左右。可見NTC熱敏電阻的阻值越大，限制浪涌電流的效果越好。
圖1，AC-DC電源電路前端
當(dāng)然NTC熱敏電阻的阻值并不是越大越好。阻值越大，消耗的功耗越大。負溫度系數(shù)NTC熱敏電阻很好的平衡了限制浪涌電流以及功耗。
對于一個100W的電源電路來說，假設(shè)使用一個25℃時為10Ω的NTC熱敏電阻。 在剛接通電源，環(huán)境溫度25℃條件下，NTC熱敏電阻將會有2W左右的功率損耗：
然后隨著電流流過NTC熱敏電阻，溫度逐漸升高。假設(shè)NTC熱敏電阻升溫到85℃，電阻降到2Ω左右, 在NTC熱敏電阻上的損耗將降到0.4W左右。如下圖
NTC熱敏電阻如何選型？
Digi-Key 網(wǎng)站列出了很多NTC熱敏電阻的參數(shù)，其中“25℃的歐姆值”與B值是兩個很重要的參數(shù)。“25℃的歐姆值”決定了NTC熱敏電阻在電源電路通電瞬間的限流能力。而根據(jù)B值可以計算出NTC熱敏電阻達到最終溫度時的電阻值。
Digi-Key NTC熱敏電阻
圖2，Digi-Key網(wǎng)站NTC參數(shù)比較與篩選
那么如何進行B的選擇與計算呢？B值范圍 (K) 是負溫度系數(shù)熱敏電阻器的熱敏指數(shù)，反映了兩個溫度之間的電阻變化。
它被定義為兩個溫度下零功率電阻值的自然對數(shù)之差與這個溫度倒數(shù)之差的比值。
從上面的等式中，R1、R2分別是絕對溫度T1、T2時的電阻值（Ω）。其中B0/50、B25/50、B25/75、B25/85、B25/100分別對應(yīng)不同溫度之間的B值。
如果我們希望當(dāng)溫度25°C 時阻值為10Ω，當(dāng)溫度為85°C時阻值為2Ω，帶入上面的等式可以得到，B值需要2864K以上。
圖3，從Digi-Key網(wǎng)站中很快篩選適當(dāng)NTC熱敏電阻參數(shù)
最后綜合篩選，很快便找到EPCOS (TDK) B57234S0100M000 B值3060K, 25°C 時 10，功率3.2W，基本符合要求。
進一步降低NTC上的損耗，該怎么辦？
對于有些應(yīng)用來說, 降低功耗特別關(guān)鍵，在NTC熱敏電阻上的功率損耗不能忽略不計。
可以在NTC熱敏電阻上并聯(lián)一個繼電器來減小NTC熱敏電阻的功耗。如下圖，Vaa是后續(xù)電路經(jīng)過AC-DC轉(zhuǎn)換的數(shù)字/模擬電源，比如5V/12V。
繼電器初始是斷開的。當(dāng)Vaa逐漸達到自身電壓的時候，齊納二極管D1導(dǎo)通，三極管Q1打開，繼電器RY1閉合，相當(dāng)于把限流NTC熱敏電阻Z1短路。
當(dāng)然這里也可以使用普通電阻來代替NTC熱敏電阻充當(dāng)限流電阻。普通電阻配合繼電器使用的情況下，阻值不受溫度影響更穩(wěn)定，限流的效果也更穩(wěn)定。
圖4，使用繼電器降低NTC熱敏電阻功耗
對于一些低成本，功率較低的電源電路，使用NTC熱敏電阻限制浪涌電流往往比較常見。對于中/高功率的電源電路以及對電源轉(zhuǎn)換效率要求比較高的應(yīng)用，可以使用繼電器進一步減小NTC熱敏電阻上的功耗。
Digi-Key功率繼電器
Digi-Key 更多不同的繼電器選擇
總結(jié)
電源電路通電的瞬間，外部電源的能量首先轉(zhuǎn)移到輸入濾波電容上。使用NTC熱敏電阻既可以限制浪涌電流，同時在溫度升高的時候阻值變低，從而減小NTC熱敏電阻本身的功耗。
最后，可以使用繼電器等外圍電路進一步降低NTC熱敏電阻作為限流電阻的功耗。
推薦閱讀：
