改善浪涌電流保護

今天的許多應用，包括工業(yè)機械、電動工具和其他大電流設(shè)備，都將限制浪涌電流作為主要設(shè)計考慮因素，以應對浪涌電流的問題影響。當系統(tǒng)通電并出現(xiàn)電流尖峰時，就會出現(xiàn)浪涌電流。該電流可以大大高于標準工作電流。如果管理不當，可能會降低有效使用壽命并對設(shè)備造成損壞。例如，浪涌電流可能會禁用冷卻風扇，最終導致整個系統(tǒng)故障。

快速開關(guān)的應用（例如焊接設(shè)備）特別關(guān)注限制浪涌電流。限制浪涌電流電路必須在每次上電時立即復位以保護系統(tǒng)。這進一步使浪涌電流的管理復雜化。

浪涌電流概述

在通電期間，可能會出現(xiàn)高浪涌電流，因為電源的鏈路電容器起到抑制輸出電流紋波的作用。該電容器的作用類似于短路，導致電流涌入。浪涌持續(xù)到電容器充電為止。浪涌電流的長度取決于電源和鏈路電容器。

電源的低內(nèi)阻加劇了這個問題。電源中的任何電阻都會通過熱量導致效率低下。為了最大限度地減少電阻，工程師通常使用電感負載。雖然這提高了電源的整體運行效率，但由于缺乏電阻，當電源開啟時，浪涌電流可以通過主系統(tǒng)。

上電時在電源和系統(tǒng)之間臨時引入高電阻，限制浪涌電流。當通電時的初始電流浪涌完成時，電阻會斷開。

基于 NTC 的限制

對于許多系統(tǒng)，負溫度系數(shù) (NTC) 熱敏電阻可以有效限制浪涌電流。NTC 熱敏電阻根據(jù)其溫度提供可變電阻。在電源和系統(tǒng)之間放置一個 NTC 熱敏電阻可以限制浪涌電流（見圖1）。起初，NTC 熱敏電阻的初始溫度較低，提供高電阻。當系統(tǒng)通電時，它會為 NTC 熱敏電阻通電，導致溫度升高，從而降低電阻。隨著電阻下降到較低的值，電流通過而不會對正常操作或功率效率產(chǎn)生不利影響。

圖 1： 用于限制浪涌電流的基于 NTC 的限制電路：一個 NTC 熱敏電阻放置在電源和系統(tǒng)之間。通電時，NTC 熱敏電阻提供高電阻以限制浪涌電流。隨著浪涌電流的下降，NTC 熱敏電阻會自熱，其電阻值會降至足夠低的值以使電流通過。

例如，考慮一個具有 10 A 連續(xù)電流和 100 A 浪涌電流的系統(tǒng)。通電時，NTC MS32 10015 熱敏電阻的初始電阻為 10 歐姆。NTC MS32 10015 不允許通過 100 A，而僅允許通過 35 A。然后，隨著 NTC MS32 10015 自發(fā)熱，其電阻下降并降低電流，直到浪涌電流結(jié)束。NTC MS32 10015 仍會繼續(xù)發(fā)熱，電阻降至 0.05 ohm 低至 0.05 歐姆，達到穩(wěn)定狀態(tài)并使電流通過最小的效率損失。

與使用固定電阻器和旁路電路的浪涌限制電路相比，基于 NTC 的限制具有幾個優(yōu)點?；?NTC 的電路通常占用固定電阻器的一半電路板空間。它還提供更高級別的浪涌電流保護。由于電阻會隨著自熱而下降，因此不需要旁路電路來禁用限制電路。最后，與基于固定電阻器的限流相比，基于 NTC 的電路總成本更低。

基于 PTC 的限制

NTC熱敏電阻是最常用的限幅器。它們具有廣泛的用途和應用。但是，存在一些需要正溫度系數(shù) (PTC) 的情況。如果系統(tǒng)滿足下列例外情況之一，PTC 熱敏電阻是最佳選擇。

例外：

環(huán)境溫度大于室溫：如果環(huán)境溫度已經(jīng)很高，系統(tǒng)上電時NTC熱敏電阻的阻值會降低。這種較低的電阻會降低 NTC 熱敏電阻的限制能力，并可能使系統(tǒng)處于危險之中。

環(huán)境溫度低于室溫：如果環(huán)境溫度已經(jīng)很低，NTC熱敏電阻的阻值會很高。即使在初始浪涌結(jié)束后，高溫也會限制所有電流并阻止系統(tǒng)實際開啟。

重置時間需要接近于零：某些類型的設(shè)備，例如焊接設(shè)備或等離子切割機，作為其正常操作的一部分，經(jīng)常打開和關(guān)閉。這會產(chǎn)生多個浪涌電流實例?；?NTC 的限制根據(jù) NTC 熱敏電阻的特性進行操作，以自熱并降低其電阻。但是，當系統(tǒng)快速關(guān)閉然后再次打開時，NTC 熱敏電阻可能沒有完全冷卻。NTC 熱敏電阻釋放熱量和復位需要時間，具體取決于 NTC 熱敏電阻的尺寸和質(zhì)量。如果 NTC 熱敏電阻沒有足夠的時間冷卻，當系統(tǒng)再次開啟時，它的電阻會降低，從而降低其處理浪涌電流和保護系統(tǒng)的能力。

短路：短路會使系統(tǒng)的內(nèi)阻降至接近零，從而迅速提高系統(tǒng)從電源汲取的電流。由于 NTC 熱敏電阻限制該電流，它的溫度會迅速升高，從而降低其電阻。這允許更多的電流流過，直到它可能損壞系統(tǒng)。短路產(chǎn)生的大電流也會損壞 NTC 熱敏電阻。

基于 PTC 的限制分析

當上述情況發(fā)生時，正溫度系數(shù) (PTC) 熱敏電阻可以提供有效的浪涌電流保護。PTC 熱敏電阻的作用與 NTC 熱敏電阻相反：隨著溫度升高，其電阻增加。電阻在居里溫度 (T c )開始迅速增加。例如，圖 2 顯示了 PTC MCL20500100 熱敏電阻與 NTC 熱敏電阻的性能對比。在 T c 電阻迅速增加。在低溫下電阻保持不變。

NTC 熱敏電阻的電阻會隨著自熱而下降，而 PTC MCL20500100 熱敏電阻的電阻會增加。在 PTC MCL20500100 的特定閾值 120°C 下，電阻急劇增加，使 PTC MCL20500100 能夠快速響應浪涌電流。另請注意 PTC MCL20500100 如何在低溫下具有平坦的響應，使其在整個溫度范圍內(nèi)都有效。

PTC 熱敏電阻權(quán)衡

在基于 PTC 的限幅電路中進行設(shè)計時需要進行一些權(quán)衡。PTC 熱敏電阻的成本大約是 NTC 熱敏電阻的 1.5 倍。此外，基于 PTC 的限制需要一個有源電路來繞過 PTC 熱敏電阻，以防止關(guān)閉整個系統(tǒng)。隨著電阻的增加，它會限制輸入電流。即使在浪涌電流下降到正常水平后也會發(fā)生這種情況。

在通電期間，旁路電路在設(shè)定的時間間隔內(nèi)處于活動狀態(tài)，通常是浪涌電流穩(wěn)定所需量的 3 或 4 倍（見圖3）。然后，旁路電路自行關(guān)閉并通過 PTC 熱敏電阻將電流送回，以保護系統(tǒng)免受短路。如果旁路電路總是由大電流觸發(fā)，則限制電路在短路期間不會提供保護。總體而言，增加的響應能力和高級保護超過了旁路電路增加的復雜性和成本。

圖 3： 完整的基于 PTC 的限制電路，帶有旁路電路：基于 PTC 的限制電路需要一個旁路電路來通過 PTC 熱敏電阻將電流送回，以保護系統(tǒng)免受短路。通過將旁路設(shè)置為浪涌電流穩(wěn)定所需量的 3 或 4 倍，基于 PTC 的限制器的響應時間非?？?。

NTC thermistors limit inrush current by providing low resistance in high temperatures. They are also the most commonly used thermistor because they fit a wide range of equipment. Certain scenarios, however, may require PTC thermistors. These thermistors stop inrush current by providing high resistance in high temperatures. Examples include industrial equipment, power tools, and other fast switching systems (see Table 1 ). For these cases, PTC thermistors provide cost-effective protection and superior responsiveness. Other benefits include: near-zero reset time, ability to operate in extreme temperature conditions, and effectiveness when limiting high current from shorts.

NTC vs. PTC Comparison

Table 1: PTC-based inrush current limiting provides many advantages over fixed- or NTC-based limiting for applications such as fast switching and high current industrial equipment and power tools.

審核編輯：劉清