热敏电阻在开关电源中抑制输入浪涌电流的作用与应用指南

时间： 2024-05-27 来源：艾创微微信公众号

技术问答

开关电源在开机时，由于电容电压不能突变，因此会产生一个很大的充电电流。这个电流就是我们常说的输入浪涌电流，它是在对滤波电容进行初始充电时产生的。这个浪涌电流虽然时间很短，但如果不加以抑制，会减短输入电容和整流桥的寿命，还可能造成输入电源电压的降低，让使用同一输入电源的其他动力设备瞬间掉电，对临近设备的正常工作产生干扰。

浪涌电流的抑制方法很多，一般中小功率电源中采用电阻限流的办法抑制开机浪涌电流。我们以热敏电阻NTC为例，讲述热敏电阻在电路中的作用。

一、什么是热敏电阻？

热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。

NTC热敏电阻，如图1所示，即负温度系数热敏电阻，其特性是电阻值随着温度的升高而呈非线性的下降。NTC在应用上一般分为测温热敏电阻和功率型热敏电阻，用于抑制浪涌的NTC热敏电阻指的就是功率型热敏电阻器。

图1

在常温时，NTC热敏电阻具有较高的电阻值，即标称零功率电阻值。当开关电源开机后，NTC热敏电阻会迅速发热、温度升高，其电阻值会在毫秒级的时间内迅速下降到一个很小的级别，一般只有零点几欧到几欧的大小，相对于传统的固定阻值限流电阻而言，这意味着电阻上的功耗因为阻值的下降随之下降了几十到上百倍，因此这种设计非常适合对转换效率和节能有较高要求的开关电源产品。断电后，NTC热敏电阻随着自身的冷却，电阻值会逐渐恢复到标称零功率电阻值，恢复时间需要几十秒到几分钟不等。下一次启动时，又按上述过程循环。

二、热敏电阻在电路中有什么作用？

（1）测温

作为测量温度的热敏电阻传感器一般结构较简单，价格较低廉。没有外面保护层的热敏电阻只能应用在干燥的地方；密封的热敏电阻不怕湿气的侵蚀、可以使用在较恶劣的环境下。由于热敏电阻传感器的阻值较大，故其连接导线的电阻和接触电阻可以忽略，因此热敏电阻传感器可以在长达几千米的远距离测量温度中应用，测量电路多采用桥路。

（2）温度补偿

热敏电阻传感器可在一定的温度范围内对某些元器件温度进行补偿。例如，动圈式仪表表头中的动圈由铜线绕制而成，温度升高，电阻增大，引起温度的误差。因而可以在动圈的回路中将负温度系数的热敏电阻与锰铜丝电阻并联后再与被补偿元器件串联，从而抵消由于温度变化所产生的误差。

（3）过热保护

过热保护分直接保护和间接保护。对小电流场合，可把热敏电阻传感器直接串入负载中，防止过热损坏以保护器件，对大电流场合，可用于对继电器、晶体管电路等的保护。例如合肥艾创微电子科技有限公司的ICW6510T产品具有外置过热保护功能，如图2中红色方框所示，可以通过VSET管脚的上偏电阻调节芯片的过热保护上限，以满足不同条件的用户需求。

ICW6510T是一种离线式开关电源管理芯片，可提供高达65W连续输出功率，内置电流模式PWM+PFM控制器,支持谷底检测开通功能，满足六级能效标准。

内部集成多种异常状态保护功能，包括VDD欠压保护及过压保护，过载保护，CS 过流和悬空保护，过温保护功能。在电路发生异常时，芯片进入保护状态并自动重启检测，直至异常解除为止。

图2

（4）液面测量

给NTC热敏电阻传感器施加一定的加热电流，它的表面温度将高于周围的空气温度，此时它的阻值较小。当液面高于它的安装高度时，液体将带走它的热量，使之温度下降、阻值升高。判断它的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。汽车油箱中的油位报警传感器就是利用以上原理制作的。

三、怎么知道热敏电阻坏了？

万用表选择合适的电阻档位，两表笔分别接触热敏电阻的两端，用手捏住热敏电阻加热或者其他方法加热它，如果阻值呈现线性变化，变化特性如图3所示，则证明是好的，如果没有变化，说明已经失效。

图3

热敏电阻烧坏一般有以下几种原因：

1、热敏电阻的瞬间电流过大，击穿电阻线圈；

2、热敏电阻的电阻丝绝缘保护磨损形成线圈间短路；

3、线路电压不稳定、起伏大，瞬间电压超出热敏电阻的安全指标。

上面三点只是一般问题的原因，具体情况还是要看使用环境等各项因素。

最后建议在热敏电阻选型上，要根据最大额定电压和滤波电容值选定产品系列，根据产品允许的最大启动电流值和长时间加载在NTC热敏电阻上的工作电流来选择NTC热敏电阻的阻值，同时要考虑工作环境的温度，适当进行降额设计。

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