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        專注NTC熱敏電阻器及溫度傳感器研發生產

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        功率型NTC熱敏電阻的作用和選型分析(二)

        文章出處:技術支持 責任編輯:深圳新時恒電子科技有限公司 發表時間:2020-06-10
          

        電機、變壓器、開關電源、電加熱器、白熾燈具等等在通電時,會產生瞬間的浪涌電流,上述電器設備的功率越大,浪涌電流越高。下面我們重點討論功率型 NTC熱敏電阻器在開關電源和直流變壓器中抑制浪涌電流的作用和選型。
        1、開關電源。
        開關電源在開機上電的瞬間,與負載并聯的濾波電容,電容電壓不能突變,因此會產生一個很大的充電電流,這個電流就是我們常說的開機浪涌電流。 開機浪涌電流是在對濾波電容進行初始充電時產生的,其大小取決于啟動上電時輸入的電壓值以及由橋式整流器和電解電容等元器件所形成的回路總內阻。 
        電容引起的浪涌電流計算:
        比如在輸入電壓V為220Vac,整個電路內阻(含整流橋和濾波電容)Rs=1Ω,若正好在電源輸入波形達到90度相位的時候開機,那么開機瞬間浪涌電流的峰值將達到:I=(220×1.414)/1≈311(A)                                                                                                                              這個浪涌電流雖然時間很短(mS級),但如果不加以抑制,會減短輸入電容和整流橋的壽命,還可能造成輸入電源電壓的降低,讓使用同一輸入電源的其它電源設備瞬間掉電,對臨近設備的正常工作產生干擾。

        我們在選用功率型NTC熱敏電阻針對濾波電容引起的浪涌電流保護時,需要選擇什么樣參數的功率型NTC熱敏電阻呢?這里面還是有一些知識點的,我們建議從R25阻值、最大穩態電流、允許最大電容(焦耳能量)等幾個方面對功率型NTC熱敏電阻的參數進行選擇。 

        a、功率型NTC熱敏電阻的R25阻值的選擇。
        電路允許的最大啟動電流值決定了功率型NTC熱敏電阻的阻值。
        假設電源額定輸入為220VAC,內阻為1Ω,允許的最大啟動電流為60A,那么選取的功率型NTC在初始狀態下的最小阻值為:
        Rmin=(220×1.414/60)-1=4.2(Ω)
        針對此應用我們建議選用功率型NTC熱敏電阻的R25阻值≧4.2Ω。
        b、功率型NTC熱敏電阻的最大穩態電流的選擇。 

        最大穩態電流的選用的原則應該滿足:電路實際工作電流 < 功率型NTC熱敏電阻的最大穩態電流。

        很多電源是寬電壓設計(AC 90V-240V),但產品的功率是固定的,因此要注意在低電壓輸入時,工作電流要比高電壓輸入時高許多。
        根據公式: W=V·I 在相同的功率條件下,如在90V的輸入電壓時,工作電流是240V的輸入電壓時的2.7倍。因此電路的實際工作電流以最低電壓時計算的為準。
        c、功率型NTC熱敏電阻最大允許電容(焦耳能量)的選擇。
        對于某個型號的功率型NTC熱敏電阻來說,允許接入的濾波電容的大小是有嚴格要求的,這個值也與最大額定電壓有關。
        開機浪涌是因為電容充電產生的,因此通常用給定電壓值下的允許接入的電容量,來評估功率型NTC熱敏電阻承受浪涌電流的能力。
        對于某一個具體的功率型NTC熱敏電阻來說,所能承受的最大焦耳能量已經確定了。
        功率型NTC熱敏電阻的焦耳能量計算公式:E=1/2 CV2
        從上面的公式可以看出,其允許的接入的電容值與額定電壓的平方成反比。簡單來說,就是輸入電壓越大,允許接入的最大電容值就越小,反之亦然。
        功率型NTC熱敏電阻產品的規范一般定義了在220V/AC下允許接入的最大電容值。
        假設某應用條件最大額定電壓是420VAC,濾波電容值為200μF。 根據上述能量公式可以折算出在220VAC下的等效電容值應為:
        200×(420)2/(220)2=729μF這樣在選型時就必須選擇220VAC 下允許接入電容值大于729μF的功率型NTC熱敏電阻器的型號。
        2、直流變壓器。
        有一些電器內有容量很大的直流變壓器,當變壓器通電的瞬間,如果供電電源正弦波的波形正處于零的位置時,變壓器會產生很大的浪涌電流(勵磁涌流),其大小是變壓器額定電流的8-30倍。
        這種情況下,會產生兩種問題:1、變壓器過電流損壞,從而影響變壓器的壽命;2、對電網產生干擾,從而影響在電網內使用的其他電器。 通過在電源回路中串聯功率型NTC熱敏電阻器可有效地消除這種影響,如圖:

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        上圖中兩個變壓器的功率均為1000W,總功率為2000W。
        A、保護變壓器用功率型NTC熱敏電阻的能量如何進行選擇?
             NTC熱敏電阻所需能量=1/2 L I2
            變壓器阻抗(Ω)XL=輸入電壓/浪涌電流                                                                  
                                         =220V/564A
                                          ≈0.390(Ω)

            根據XL=2πfL 

            變壓器電感量L=0.390/(2*3.14)/50  ≈1242(uH)

            NTC熱敏電阻所需能量(Joule)=1/2 L I2
                                                           =1/2*(1242*10-6)*5642
                                                           ≈198(Joule)
            其中:峰值浪涌電流564A,為示波器測量值
            輸入電壓=220VAC, 工作頻率=50Hz
            根據E=1/2 CV2 可以計算出對應240V的條件下C=6875uF,也就是說,選擇的NTC最大沖擊電容量需要≥6875uF。
        B、假設,變壓器的效率:90%,最小輸入電壓:90V
             I穩態=變壓器功率/(變壓器效率*最小輸入電壓)
                               =2KWA/(0.9*90V)=24.70A ≈ 25A
             即功率型NTC熱敏電阻的穩態電流應≥25A。
        C、電路允許的最大啟動電流值決定了功率型NTC熱敏電阻的阻值。
             這樣經過推算出所需功率型NTC熱敏電阻的最大沖擊電容量、穩態電流及電阻值就可以從說明書中方便地選擇功率型NTC熱敏電阻的型號。
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