浪涌抑制-功率NTC选型计算

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- M. p, s- _' X​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
# A8 S" b9 w. u: r) t3 t1、峰值正向浪涌电流
2、阻值选取
( t! y5 Z* q3 @3、正常工作的计算
4 A% \; t1 ?8 H/ ^
一、概述NTC热敏电阻除用于温度测量外，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

- K# D7 C! j) w' A% t1 z+ Y/ H( K, H
1 V3 J/ e$ H" u' l! u

图1.2 NTC在开关电源中的位置

1 V7 o# @" E# W- I二、NTC抑制浪涌原理
. X: D7 p! o! r) o: z+ X$ Q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。
  G$ X6 G7 R# J3 C& x$ b


: o' f6 l+ M" c4 A9 p! Z. o三、功率NTC的介绍
' l& K  S8 ^3 H! c常用的是下图中的黑色，也有绿色，或者其他。
' L/ ^  _3 U6 z, m

图3.1 NTC的实物

5 q& s3 v0 r6 ]* r% D

图3.2 NTC代码含义

! O  x6 H3 L, ]! i$ n. x% E' S  \% V比如8D-9表示：25℃为8Ω，本体直径9mm。

4 s  V0 G& M; z' o5 C' n

四、功率NTC选型原则
8 k" d* i0 K" a6 u0 `# ]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。

, k: K5 Z% Y, h

图4.1 峰值正向浪涌电流

0 L6 [  y$ q" }' U  m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。
2 K3 h2 `6 n7 X' b( B' f

图4.2 峰值正向浪涌电流的I²t

; y& j7 m0 A1 ^- N; L2、阻值选取
* k+ z; p% Z1 g( Y5 Y1 T

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。

4 R# k9 C3 F' p; O5 R
; P  m* O4 {+ u铝电解电容ESR：
. J, T1 `8 e* q4 }2 q) Z+ l+ M
1 W3 u5 r& J% \) v& P

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。
. e$ u/ g% R$ h& U& I9 h
; u$ j1 i5 M7 O2 n9 x: E

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。

" E: \. n7 E7 o
3 [% P: J: I3 Y. G3、正常工作的计算

" s8 {: B  `* y6 F% _

图4.6 NTC规格书

; n/ M" B+ B2 O% q% K2 p& O2 \

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。
3 @1 c. t$ f. d4 `
/ E. V% j: T% P4 g2）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。
/ z- u! _3 h! {9 G9 w3 K* \+ E
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。

9 |: K5 d9 z4 J, \# h4）耗散常数Thermal Dissipation Consant指温度每升高1℃所需要的耗散功率。

. t7 k" R; J4 {- o2 O" b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。
' f8 n1 V1 |, c+ J% h5）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。
) S$ b+ L( H" W6 U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。
$ K& b, ^' H6 E# P3 w5 \  g: [* M: v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。
1 E0 C* k' y+ N0 O4 ~
9 p- C8 p3 B& O# o9 c8 q
6 z. H+ A. ^8 U( @6 b3 ]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。
& K; o$ L: C: L( H3 C, W) ~/ k（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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