【導(dǎo)讀】在電路設(shè)計(jì)時(shí)正確選擇過流保護(hù)元器件十分必要，因?yàn)槔擞侩娏骺赡軐?duì)電路元件造成毀滅性的影響。本文著重介紹一種防止浪涌電流的主要元器件：熱敏電阻，詳細(xì)地說明負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻和正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻的原理、應(yīng)用以及選型要領(lǐng)。
當(dāng)打開電機(jī)、變壓器、驅(qū)動(dòng)器、鎮(zhèn)流器和電源等電氣設(shè)備時(shí)，浪涌峰值涌流可能比電路的穩(wěn)態(tài)工作電流大幾倍。
這種浪涌電流可能對(duì)電路元件造成毀滅性影響。開關(guān)和繼電器的接觸和分離可能會(huì)產(chǎn)生電弧，還可能使開關(guān)觸點(diǎn)焊接在一起。高涌流嚴(yán)重地影響轉(zhuǎn)換器、輸入整流器和電容器，是造成保險(xiǎn)絲和斷路器故障的最常見原因。
過流保護(hù)器件的類型
為了防止浪涌電流帶來的危害，必須在電路中安裝適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)裝置。這些被稱為過流保護(hù)器件，在選擇時(shí)需要考慮以下幾個(gè)因素。
電阻
對(duì)于小功率電源(最多幾瓦)，增加一個(gè)串聯(lián)電阻，是一個(gè)簡單和實(shí)用的解決方案，以限制浪涌電流。但限制浪涌電流的的電阻會(huì)造成功率損耗，不適合大功率設(shè)備。
熱敏電阻
熱敏電阻是一種阻值隨溫度變化而發(fā)生大幅變化的電阻元件，他們通常作為電流限制器。熱敏電阻分為兩類:
正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻
負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻
熱敏電阻的阻值一般是在室溫25℃測(cè)出來的值。我們可以看到，熱敏電阻在抑制浪涌電流的時(shí)候有很多優(yōu)點(diǎn)，包括：低成本、方便設(shè)計(jì)、減少電路板空間，以及自我保護(hù)。
負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻
當(dāng)電源應(yīng)用在一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)電路時(shí)，剛開始時(shí)，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻阻值很高，當(dāng)浪涌電流流過后，轉(zhuǎn)換器處于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度升高，阻值降低。
負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻只有在溫度低的時(shí)候，才會(huì)限制浪涌電流。當(dāng)電源關(guān)閉又迅速打開的時(shí)候，由于負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻沒有時(shí)間冷卻，所以無法限制浪涌電流。
為了限制浪涌電流，NTC必須與負(fù)載電路串聯(lián)。浪涌電流限制元件可以幾個(gè)串聯(lián)使用獲得更高的抑制作用，不能并連使用。
正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻
PTC熱敏電阻也被用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的保險(xiǎn)絲，用來做過流保護(hù)。PTC熱敏電阻不僅對(duì)不可接受的大電流有反應(yīng)，而且對(duì)超過預(yù)設(shè)溫度也有反應(yīng)。它們通過增加電阻來減小電流，從而降低功耗。
PTC熱敏電阻的電壓-電流特性曲線使其成為短路或過電流保護(hù)裝置的理想選擇。當(dāng)與串聯(lián)負(fù)載時(shí)，PTC熱敏電阻處于低阻狀態(tài)，對(duì)電流的衰減可以忽略不計(jì)。當(dāng)發(fā)生短路或過流情況時(shí)，PTC熱敏電阻將切換到高阻狀態(tài)，從而將電流限制在遠(yuǎn)低于正常工作水平。當(dāng)故障消除后，PTC將恢復(fù)到低阻狀態(tài)，使電流恢復(fù)到正常水平。
雖然幾個(gè)PTC熱敏電阻可以串聯(lián)用于溫度傳感的應(yīng)用，但不要將它們串聯(lián)以獲得更高的額定電壓。
由于沒有兩種元件是完全相同的，其中一種往往比另一種熱得更快，因此限制了流經(jīng)另一種設(shè)備的電流，從而導(dǎo)致整個(gè)可用電壓在單個(gè)設(shè)備上下降。
當(dāng)PTC熱敏電阻與負(fù)載串聯(lián)時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生高電阻響應(yīng)，并必須處理整個(gè)電源電壓。所以最大電壓應(yīng)該選得足夠高。還必須考慮可能的電源電壓波動(dòng)。
PTC熱敏電阻必須有足夠的額定電流。因?yàn)闊崦綦娮柙谌魏吻闆r下都不會(huì)關(guān)閉的電流。
另外，需要檢查是否存在超過最大允許開關(guān)電流的情況，必須要確保避免因開關(guān)電流過大而使PTC熱敏電阻過載。如果存在可能的風(fēng)險(xiǎn)，可以通過將電阻器與熱敏電阻串聯(lián)來解決。
浪涌電流限制器需要一段時(shí)間才可以恢復(fù)冷態(tài)下，在冷態(tài)之前，由于高阻可以很好地限制電流，冷卻時(shí)間根據(jù)具體元器件、安裝方法和環(huán)境溫度的不同而不同。典型的冷卻時(shí)間大約是一分鐘。
現(xiàn)在有一種設(shè)計(jì)技術(shù)，可以解決恢復(fù)時(shí)間內(nèi)，浪涌電流限制器阻值恢復(fù)到最初水平的問題。本質(zhì)上講，這種技術(shù)是當(dāng)浪涌電流限制器發(fā)揮其浪涌電流保護(hù)功能后，將其從電路中取出來。一旦最初的浪涌電流流過，通過將它們從電路中移除，熱敏電阻就有機(jī)會(huì)冷卻下來，因此它們可以在斷電后對(duì)隨后的電涌做出反應(yīng)。
這種設(shè)計(jì)需要跟浪涌電流限制器并聯(lián)一個(gè)繼電器或三端雙向可控硅開關(guān)元件，另外加上控制它的電路。保護(hù)電路的所有元件將與輸入端串聯(lián)起來。一旦涌流被熱敏電阻吸收，那么要么三端雙向可控硅開關(guān)元件開始點(diǎn)火，要么繼電器關(guān)閉。
浪涌電流限制器的選型
這些浪涌電流限制器可用于各種配置和保護(hù)涂層，以適應(yīng)幾乎所有應(yīng)用。一般來說，串珠式熱敏電阻具有高穩(wěn)定性和可靠性，響應(yīng)時(shí)間快，在高溫下運(yùn)行。磁盤和芯片類型通常比串珠式的大，因此它們的響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較慢。然而，它們通常具有更高的耗散常數(shù)，因此在測(cè)量、控制和補(bǔ)償應(yīng)用中能夠更好地處理功率。他們通常成本較低，更容易更換的特點(diǎn)。
在選擇浪涌電流限制器時(shí)，需要考慮能量額定值、最大浪涌電流和電阻。下面的計(jì)算公式可以幫你選擇。
根據(jù)歐姆定律和最大浪涌電流值，來確定你的最小阻值。
峰值電壓/最大浪涌電流=所需最小阻值。
R = Vp / Imax
確定浪涌電流限制器的最大穩(wěn)態(tài)電流(SSI)。
SSI = 輸出功率 / ( 輸入電壓x效率)
溫度范圍
確認(rèn)設(shè)備將在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)工作。通常大約25ºC，但有些數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的電阻溫度曲線會(huì)有額外的溫度需求。
環(huán)境影響
檢查數(shù)據(jù)影響和手冊(cè)，以確認(rèn)化學(xué)品或陶瓷和密封化合物是否可與你的熱敏電阻一起用。由某些化學(xué)物質(zhì)引起的鈦酸鹽陶瓷的還原會(huì)導(dǎo)致低電阻導(dǎo)電通路的形成或者改變熱性能，從而導(dǎo)致過熱和故障。
本文小結(jié)
高的浪涌電流會(huì)損壞電子元器件。
必須在電路中安裝適當(dāng)?shù)男Ｕb置，以防止這些損壞和故障。
浪涌電流限制器是一種電子元件，其電阻隨體溫的變化而發(fā)生較大的變化，用于抑制浪涌電流。
電阻可用于小功率的場合。
熱敏電阻、PTC和NTC用于控制較大的浪涌涌流。
當(dāng)給電路供電時(shí)，NTC的電阻開始變高:當(dāng)浪涌電流通過，變換器處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，NTC升溫，電阻下降。
PTC開始處于低阻狀態(tài)，對(duì)電流的衰減可以忽略不計(jì)。當(dāng)發(fā)生短路或過流時(shí)，PTC會(huì)切換到高阻狀態(tài)，從而限制了電路中的電流流動(dòng)。
浪涌電流限制器需要時(shí)間恢復(fù)到冷態(tài)。
此類元件的選擇標(biāo)準(zhǔn)為：參考溫度、最小電阻、SSI(最大穩(wěn)態(tài)電流)、額定電流和最大允許開關(guān)電流。
選擇浪涌電流限制器，請(qǐng)選擇正確電流下可用的最小浪涌電流限制器。
原創(chuàng)： Digi-key
