【導讀】在電路設計時正確選擇過流保護元器件十分必要，因為浪涌電流可能對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，詳細地說明負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻和正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻的原理、應用以及選型要領。
當打開電機、變壓器、驅動器、鎮(zhèn)流器和電源等電氣設備時，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電路元件造成毀滅性影響。開關和繼電器的接觸和分離可能會產(chǎn)生電弧，還可能使開關觸點焊接在一起。高涌流嚴重地影響轉換器、輸入整流器和電容器，是造成保險絲和斷路器故障的最常見原因。
過流保護器件的類型
為了防止浪涌電流帶來的危害，必須在電路中安裝適當?shù)谋Ｗo裝置。這些被稱為過流保護器件，在選擇時需要考慮以下幾個因素。
電阻
對于小功率電源(最多幾瓦)，增加一個串聯(lián)電阻，是一個簡單和實用的解決方案，以限制浪涌電流。但限制浪涌電流的的電阻會造成功率損耗，不適合大功率設備。
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℃測出來的值。我們可以看到，熱敏電阻在抑制浪涌電流的時候有很多優(yōu)點，包括：低成本、方便設計、減少電路板空間，以及自我保護。
負溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻
當電源應用在一個負溫度系數(shù)電路時，剛開始時，負溫度系數(shù)熱敏電阻阻值很高，當浪涌電流流過后，轉換器處于一個穩(wěn)定狀態(tài)。負溫度系數(shù)熱敏電阻溫度升高，阻值降低。
負溫度系數(shù)熱敏電阻只有在溫度低的時候，才會限制浪涌電流。當電源關閉又迅速打開的時候，由于負溫度系數(shù)熱敏電阻沒有時間冷卻，所以無法限制浪涌電流。
為了限制浪涌電流，NTC必須與負載電路串聯(lián)。浪涌電流限制元件可以幾個串聯(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)的保險絲，用來做過流保護。PTC熱敏電阻不僅對不可接受的大電流有反應，而且對超過預設溫度也有反應。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裝置的理想選擇。當與串聯(lián)負載時，PTC熱敏電阻處于低阻狀態(tài)，對電流的衰減可以忽略不計。當發(fā)生短路或過流情況時，PTC熱敏電阻將切換到高阻狀態(tài)，從而將電流限制在遠低于正常工作水平。當故障消除后，PTC將恢復到低阻狀態(tài)，使電流恢復到正常水平。
雖然幾個PTC熱敏電阻可以串聯(lián)用于溫度傳感的應用，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)另一種設備的電流，從而導致整個可用電壓在單個設備上下降。
當PTC熱敏電阻與負載串聯(lián)時，它會產(chǎn)生高電阻響應，并必須處理整個電源電壓。所以最大電壓應該選得足夠高。還必須考慮可能的電源電壓波動。
PTC熱敏電阻必須有足夠的額定電流。因為熱敏電阻在任何情況下都不會關閉的電流。
另外，需要檢查是否存在超過最大允許開關電流的情況，必須要確保避免因開關電流過大而使PTC熱敏電阻過載。如果存在可能的風險，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間才可以恢復冷態(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。典型的冷卻時間大約是一分鐘。
現(xiàn)在有一種設計技術，可以解決恢復時間內，浪涌電流限制器阻值恢復到最初水平的問題。本質上講，這種技術是當浪涌電流限制器發(fā)揮其浪涌電流保護功能后，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，熱敏電阻就有機會冷卻下來，因此它們可以在斷電后對隨后的電涌做出反應。
這種設計需要跟浪涌電流限制器并聯(lián)一個繼電器或三端雙向可控硅開關元件，另外加上控制它的電路。保護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元件開始點火，要么繼電器關閉。
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涂層，以適應幾乎所有應用。一般來說，串珠式熱敏電阻具有高穩(wěn)定性和可靠性，響應時間快，在高溫下運行。磁盤和芯片類型通常比串珠式的大，因此它們的響應時間相對較慢。然而，它們通常具有更高的耗散常數(shù)，因此在測量、控制和補償應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。
在選擇浪涌電流限制器時，需要考慮能量額定值、最大浪涌電流和電阻。下面的計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
確認設備將在規(guī)定的溫度范圍內工作。通常大約25ºC，但有些數(shù)據(jù)手冊提供的電阻溫度曲線會有額外的溫度需求。
環(huán)境影響
檢查數(shù)據(jù)影響和手冊，以確認化學品或陶瓷和密封化合物是否可與你的熱敏電阻一起用。由某些化學物質引起的鈦酸鹽陶瓷的還原會導致低電阻導電通路的形成或者改變熱性能，從而導致過熱和故障。
本文小結
高的浪涌電流會損壞電子元器件。
必須在電路中安裝適當?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。
當給電路供電時，NTC的電阻開始變高:當浪涌電流通過，變換器處于穩(wěn)態(tài)運行時，NTC升溫，電阻下降。
PTC開始處于低阻狀態(tài)，對電流的衰減可以忽略不計。當發(fā)生短路或過流時，PTC會切換到高阻狀態(tài)，從而限制了電路中的電流流動。
浪涌電流限制器需要時間恢復到冷態(tài)。
此類元件的選擇標準為：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電流。
選擇浪涌電流限制器，請選擇正確電流下可用的最小浪涌電流限制器。
原創(chuàng)： Digi-key
