NTC热敏电阻在防止启动电流过流中的应用

2018-03-30阎家光

电子技术与软件工程 2017年16期

关键词：热敏电阻

阎家光

摘要

在硬件电路设计中，利用热敏电阻负温度特性，在电路回路中抑制启动电流过大导致系统无法正常启动的故障现象，使电路能工正常工作。

【关键词】热敏电阻 NTC负温度系数启动电流过流保护

1 引言

对于做硬件的工程师，在日常工作时，或多或少都会在设计调试过程中碰到或认识到一种令人头疼的现象：系统的工作电流都会远小于其启动电流，在刚上电瞬间，电流过大导致无法正常启动。但是设计者当初所设计的给负载供电的电源电流是满足负载工作电流大小并且还有50%或者100%的余量，也就是说负载完全能正常地工作而不会存在任何的电源问题。但是，在加电的过程中，经常或看到：在上电一瞬间，电源会出现过流而发生保护的现象，导致模块电源无法正常输出。

2 故障原因

究其原因，考虑到电容的基本属性和继电器吸合时对电流的影响，一般认为是因为有这两种元器件的存在使得启动电流过大，导致电源模块发生保护：电容器和继电器。

2.1 电容器

电容两端电压不能突变，这是电容器的特点之一。根据公式：Uc=Q/C，电容器端电压的上升要靠电荷的积累，在电源接通瞬间，电容器没有电荷，在直流电路中处于刚要充电状态，电压为零，相当于电容器瞬间短路，因此，瞬间电流相当大，远超出系统的工作电流，导致电源模块过流保护。

2.2 继电器因素

继电器的内部构造一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成。当在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会路过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力的吸引作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，從而带动衔铁的动触点（常闭触点）与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用下返回原来的位置，使动触点与原来的静触点释放。通过这样的吸合、释放动作，从而达到在电路中的通断、切断的目的。

印制板上电的一瞬间，电流通过继电器，导致衔铁与铁芯吸合。由厂家给出的继电器的电流曲线可见，在继电器导通的瞬间，瞬间电流达到工作电流的十几倍甚至几十倍，这也是导致电源发生过流保护的原因。

3 解决思路

3.1 欧姆定律

在电路回路中，由欧姆定律I=U/R可知，电流的大小和电压成正比，和电阻成反比。当I过大时，可以通过在回路中串接电阻RL‘来增加整体负载电阻值，从而减小回路的启动电流，到达不触发模块的过流保护状态。但是这样有一个问题就是：当回路电流流过增加的电阻RL‘上时，它要产生电压降，从而分去供给负载RL的供电电压，其结果就是有可能负载因为供电电压低而不能正常工作。

如何解决以上矛盾，使得串入的电阻载既能降低启动电流，又能不分去或较少地分去负载的工作电压呢？答案就是使用负温度系数的热敏电阻替代电阻。

3.2 热敏电阻

热敏电阻器是敏感元件的一类，是一种传感器电阻。它随着温度的变化而改变，与一般的固定电阻不同。属于可变电阻的一类，广泛应用于各种电子元器件中。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。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）。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热敏电阻的阻值（RT）与热力学温度（T）的典型关系曲线如下图5所示，可见随着温度的升高，RT迅速减小。

上述关系可采用下式的指数关系表示。

其中，式中RT0为热敏电阻在温度T0（热力学温度）下的阻值，B为热敏指数，与热敏电阻的半导体材料和加工工艺有关。

4 试验后结论

4.1 试验

通过实际试验可知，在串入了负温度系数的热敏电阻后，电源负载Rload增大，电路回路在上电启动瞬间，启动电流小减小（小于工作电流）到系统能够正常启动，随着热敏电阻的发热，其电阻值迅速减小，工作电流迅速回归正常大小，回路趋于正常工作状态。

4.2 结论

基于负温度系数热敏电阻的特性，选择合适的阻值，然后将之串联在系统电路回路中，能够有效抑制并解决启动电流过大给电路回路带来过流保护的故障现象，并且不会给系统电路带来其他的副作用。

参考文献

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[3]李旭琼，张廷玖，骆颖，刘心宇.高温NTC热敏电阻材料的研究进展[J].电子元件与材料，2015（12）：7-9+19.