防止浪涌电流的元器件

Image

当打开电机、变压器、驱动器、镇流器和电源等电气设备时,浪涌峰值涌流可能比电路的稳态工作电流大几倍。

这种浪涌电流可以对电路元件造成毁灭性影响。开关和继电器的接触和分离可能会产生电弧,还可能使开关触点焊接在一起。高涌流严重地影响转换器、输入整流器和电容器,是造成保险丝和断路器故障的最常见原因。

为了防止浪涌电流带来的危害,必须在电路中安装适当的保护装置。这些被称为过流保护器件,在选择时需要考虑以下几个因素。

电阻

对于小功率电源(最多几瓦),增加一个串联电阻,是一个简单和实用的解决方案,以限制浪涌电流。但限制浪涌电流的的电阻会造成功率损耗,不适合大功率设备。

热敏电阻

热敏电阻是一种阻值随温度变化而发生较大变化的电阻元件,他们通常作为电流限制器。

热敏电阻分为两类:

  • 正温度系数(PTC)热敏电阻
  • 负温度系数(NTC)热敏电阻

热敏电阻的阻值一般是在室温二十五度测出来的值。

负温度系数(NTC)热敏电阻

当电源应用在一个负温度系数电路时,刚开始时,负温度系数热敏电阻阻值很高,当浪涌电流流过后,转换器处于一个稳定状态。负温度系数热敏电阻温度升高,阻值降低。

负温度系数热敏电阻只有在温度低的时候,才会限制浪涌电流。当电源关闭又迅速打开的时候,由于负温度系数热敏电阻没有时间冷却,所以无法限制浪涌电流。

为了限制浪涌电流,NTC必须与负载电路串联。浪涌电流限制元件可恶意几个串联使用获得更高的抑制作用,不能并连使用。

正温度系数(PTC)热敏电阻

PTC热敏电阻也被用来代替传统的保险丝,用来过流保护。PTC热敏电阻不仅对不可接受的大电流有反应,而且对超过预设温度也有反应。它们通过增加电阻来减小电流,从而降低功耗。

PTC热敏电阻的电压-电流特性曲线使其成为短路或过电流保护装置的理想选择。当与串联负载时,PTC热敏电阻处于低阻状态,对电流的衰减可以忽略不计。当发生短路或过流情况时,PTC热敏电阻将切换到高阻状态,从而将电流限制在远低于正常工作水平。当故障消除后,PTC将恢复到低阻状态,使电流恢复到正常水平。

虽然几个PTC热敏电阻可以串联用于温度传感的应用,但不要将它们串联以获得更高的额定电压。
由于没有两种设备是完全相同的,其中一种往往比另一种热得更快,从而限制了流经另一种设备的电流,从而导致整个可用电压在单个设备上下降。

当PTC热敏电阻与负载串联时,它会产生高电阻响应,并必须处理整个电源电压。所以最大电压应该选得足够高。还必须考虑可能的电源电压波动。

PTC热敏电阻必须有足够的额定电流。因为热敏电阻在任何情况下都不会关闭的电流。

另外,需要检查是否存在超过最大允许开关电流的情况,必须要确保避免因开关电流过大而使PTC热敏电阻过载。如果存在可能的风险,可以通过将电阻器与热敏电阻串联来解决。

浪涌电流限制器需要一段时间才可以恢复冷态下,在冷态之前,由于高阻可以很好地限制电流,冷却时间根据具体设备、安装方法和环境温度的不同而不同。典型的冷却时间大约是一分钟。

现在有一种设计技术,可以解决恢复时间内,浪涌电流限制器阻值恢复到最初水平的问题。本质上讲,这是当浪涌电流限制器发挥其浪涌电流保护功能后,从电路中取出来。一旦最初的涌电流流过,通过将它们从电路中移除,热敏电阻就有机会冷却下来,因此它们可以在断电后对随后的电涌做出反应。

这种设计需要跟浪涌电流限制器并联一个继电器或三端双向可控硅开关元件,另外加上控制它的电路。保护电路的所有元件将与输入端串联起来。一旦涌流被热敏电阻吸收,那么要么三端双向可控硅开关元件开始点火,要么继电器关闭。

这些浪涌电流限制器可用于各种配置和保护涂层,以适应几乎所有应用。一般来说,串珠式热敏电阻具有高稳定性和可靠性,响应时间快,在高温下运行。磁盘和芯片类型通常比串珠式的大,因此它们的响应时间相对较慢。然而,它们通常具有更高的耗散常数,因此在测量、控制和补偿应用中能够更好地处理功率。他们通常成本较低,更容易更换的特点。

在选择浪涌电流限制器时,需要考虑能量额定值、最大浪涌电流和电阻。下面的计算公式可以帮你选择。

选择一个浪涌电流限制器

根据欧姆定律和最大浪涌电流值,来确定你的最小阻值。

峰值电压/最大浪涌电流=所需最小阻值。

  • R=Vp/Imax

确定浪涌电流限制器的最大稳态电流(SSI)。

  • SSI=输出功率/(输入电压x效率)

温度范围

  • 确认设备将在规定的温度范围内工作。通常大约25ºC,但有些数据手册提供的电阻温度曲线会有额外的温度需求。

环境影响

  • 检查数据影响和手册,以确认化学品或使用陶瓷和密封化合物是可以与你的热敏电阻一起用。由某些化学物质引起的钛酸盐陶瓷的还原会导致低电阻导电通路的形成或者改变热性能从而导致过热和故障。

热敏电阻的优点

我们可以看到,热敏电阻在抑制浪涌电流的时候有很多优点:

  • 低成本
  • 方便设计
  • 减少电路板空间
  • 自我保护

总结

  • 高的浪涌电流会损坏电子元器件。
  • 必须在电路中安装适当的校正装置,以防止这些损坏和故障。
  • 浪涌电流限制器是一种电子元件,其电阻随体温的变化而发生较大的变化,用于抑制浪涌电流。
  • 电阻可用于小功率的场合。
  • 热敏电阻、PTC和NTC用于控制较大的浪涌涌流。
  • 当给电路供电时,NTC的电阻开始变高:当浪涌电流通过,变换器处于稳态运行时,NTC升温,电阻下降。
  • PTC开始处于低阻状态,对电流的衰减可以忽略不计。当发生短路或过流时,PTC会切换到高阻状态,从而限制了电路中的电流流动。
  • 浪涌电流限制器需要时间恢复到冷态。
  • 选择标准为:参考温度、最小电阻、SSI(最大稳态电流)、额定电流和最大允许开关电流。
  • 选择浪涌电流限制器,请选择正确电流下可用的最小浪涌电流限制器。

文章转载自:DigiKey

文章分类

相关文章

最新内容

关注微信公众号,抢先看到最新精选资讯

关注村田中文技术社区微信号,每天收到精选设计资讯