TDK技術(shù)注釋: 如何使用浪涌電流限制器NTC

在啟動(dòng)電子設(shè)備(如開關(guān)電源(SMPS)或逆變器)時(shí)，設(shè)備會(huì)通過具有高峰值的瞬時(shí)異常電流。它被稱為勵(lì)磁涌流，如果沒有保護(hù)，它可能破壞半導(dǎo)體器件或?qū)ζ交娙萜鞯氖褂脡勖a(chǎn)生有害影響。NTC熱敏電阻用作ICL(勵(lì)磁涌流抑制器)，方便、有效地保護(hù)電氣、電子器件的電路免受勵(lì)磁涌流的影響。

NTC熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn)

NTC熱敏電阻是一種采用具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)的特殊半導(dǎo)體陶瓷的溫度相關(guān)電阻。它們在室溫下具有很高的電阻，當(dāng)它們通電時(shí)，自己產(chǎn)生熱量，隨著溫度升高，電阻下降。由于具有這種特性，它們被用作電氣和電子設(shè)備的電流保護(hù)裝置，方便、有效地限制異常電流，包括在通電時(shí)的勵(lì)磁涌流。用作電流保護(hù)裝置的NTC熱敏電阻也稱為電源熱敏電阻。

固定電阻或NTC熱敏電阻可以用來限制勵(lì)磁涌流。然而，固定電阻總是導(dǎo)致功率損耗和性能下降。NTC熱敏電阻以其較高的初始電阻限制勵(lì)磁涌流，然后由于通電而溫度升高，電阻降到室溫水平的百分之幾，從而達(dá)到比使用固定電阻更低的功率損耗。換句話說，用NTC熱敏電阻限制勵(lì)磁涌流的效果比使用具有相同初始功率損耗的固定電阻的效果要大。

以下是NTC熱敏電阻在限制勵(lì)磁涌流中的應(yīng)用示例。

應(yīng)用：開關(guān)電源(SMPS)中的勵(lì)磁涌流限制

各種開關(guān)電源(SMPS)——它們體積小、重量輕、性能高——通常被用作電子設(shè)備的電源。給SMPS通電時(shí)，具有高峰值的勵(lì)磁涌流給平滑電容器充電，從而給裝置充電。由于這種勵(lì)磁涌流會(huì)對電容器的使用壽命產(chǎn)生有害影響，損壞電源開關(guān)的觸點(diǎn)或破壞整流二極管，所以有必要采取相應(yīng)的對策。

如下圖所示，通過插入NTC熱敏電阻來限制SMPS的勵(lì)磁涌流被廣泛地用作形成用于限制電源中的勵(lì)磁涌流的低成本簡易電路的方式。即使在整流器電路之后連接NTC熱敏電阻，也可以得到相同的結(jié)果。

圖1　開關(guān)電源中的勵(lì)磁涌流限制

應(yīng)用：交流-直流電源模塊中的勵(lì)磁涌流限制

各種電源電路和外圍電路緊湊地集成到一起的內(nèi)置電源稱為電源模塊。交流-直流電源模塊是由交流-直流整流電路、直流-直流轉(zhuǎn)換器以及少量外部零部件組成的電源，可以形成一個(gè)節(jié)省空間的優(yōu)化電源系統(tǒng)。插入一個(gè)NTC熱敏電阻(電源熱敏電阻)可以有效地限制在通電時(shí)施加到輸入和輸出電容器上勵(lì)磁涌流。

圖2　交流-直流電源模塊中的勵(lì)磁涌流限制

應(yīng)用：直流-直流轉(zhuǎn)換器中的勵(lì)磁涌流限制

在直流-直流轉(zhuǎn)換器等的直流電源電路等中，NTC熱敏電阻用作電源熱敏電阻，有效地限制勵(lì)磁涌流，輸入和輸出電容器在接通電源時(shí)充電。NTC熱敏電阻的電阻在通電后變得非常低，達(dá)到比使用固定電阻時(shí)更低的功率損耗。

圖3　直流-直流轉(zhuǎn)換器中的勵(lì)磁涌流限制

應(yīng)用：工業(yè)逆變器中的勵(lì)磁涌流限制

感應(yīng)電機(jī)經(jīng)常用于工廠、大型設(shè)施、辦公樓等的風(fēng)扇、泵、空調(diào)和其他設(shè)備。感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定，但其轉(zhuǎn)速取決于頻率。為了控制轉(zhuǎn)速，需要逆變器。裝有逆變器的電機(jī)被稱為變速驅(qū)動(dòng)(VSD)，它能夠顯著降低功耗。

逆變器系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)換器部分、逆變器部分和安裝在轉(zhuǎn)換器部分之后的直流鏈路電容器(平滑電容器)。啟動(dòng)時(shí)，裝置充電，峰值比穩(wěn)定電流大幾倍的勵(lì)磁涌流充滿直流鏈路電容器。這種勵(lì)磁涌流可能對直流電容器的使用壽命產(chǎn)生有害影響或破壞半導(dǎo)體器件。為了防止勵(lì)磁涌流，所以連接NTC熱敏電阻(電源熱敏電阻)。

圖4　工業(yè)逆變器中的勵(lì)磁涌流限制(三相)

圖5　工業(yè)逆變器中的勵(lì)磁涌流限制(單相)