當(dāng)熔絲和電氣元件通電時(shí)，大功率負(fù)載會(huì)導(dǎo)致極高的電流，從而使系統(tǒng)存在很大壓力。為了避免這種狀況，TDK公司提供了陶瓷式愛普科斯 (EPCOS) 浪涌電流抑制器，它是一種基于負(fù)溫度系數(shù) (NTC) 和正溫度系數(shù) (PTC) 熱敏電阻的電流限制器，兩種熱敏電阻在一起使用構(gòu)成了一個(gè)強(qiáng)大的組合。

當(dāng)電源、變頻器或板載充電器等大功率負(fù)載通電時(shí)，電流在短時(shí)間內(nèi)可能達(dá)到額定電流的數(shù)倍。這會(huì)導(dǎo)致不良結(jié)果，例如熔絲跳閘，甚至是損壞系統(tǒng)。兩種類型負(fù)載尤其會(huì)造成高沖擊電流，一種是需要利用大電流形成磁場(chǎng)的感性負(fù)載，例如電機(jī)和變壓器；另一種是直流電路中的大容量電容，它會(huì)在電路連通時(shí)產(chǎn)生極高的充電電流，從而對(duì)電容器本身以及整流器產(chǎn)生極大的壓力。采用浪涌電流抑制器及無浪涌電流抑制器時(shí)的實(shí)際電流波形如圖1所示。

限制沖擊電流的最簡(jiǎn)單方式是使用低阻值功率電阻器。但這種方式的劣勢(shì)是在正常模式下這些電阻器上會(huì)發(fā)生不可忽視的功率損失。一種更好的解決方案是將熱敏電阻用作作為浪涌電流抑制器 (ICL)。負(fù)溫度系數(shù) (NTC) 或正溫度系數(shù) (PTC) 熱敏電阻擁有不同的熱特性，因此提供了不同的應(yīng)用可能性。一種全面利用這些元件優(yōu)點(diǎn)的一種方式是將它們組合使用。讓我們首先來看看負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：

采用NTC熱敏電阻的簡(jiǎn)潔解決方案

使用愛普科斯 (EPCOS) NTC熱敏電阻是一種限制高輸入沖擊電流的極簡(jiǎn)解決方案。功能與原理：這些陶瓷元件是一種取決于溫度的電阻器，它的電阻值會(huì)隨著溫度的升高而下降。在室溫環(huán)境下 (25 °C)，它呈現(xiàn)出特定的電阻值 (R₂₅) 以限制沖擊電流。當(dāng)電流持續(xù)流過元件時(shí)，NTC熱敏電阻將會(huì)升溫，導(dǎo)致其電阻值降低至極低值，某些型號(hào)產(chǎn)品可顯著低于1Ω，從而使額定電流下的功率損失很低。圖2顯示了多種NTC浪涌電流抑制器的典型電阻-溫度特性曲線。

NTC浪涌電流抑制器的選擇標(biāo)準(zhǔn)

選擇合適NTC熱敏電阻的兩個(gè)最重要標(biāo)準(zhǔn)為初始電阻 (R₂₅) 和最大電流。首先，確定所需的初始電阻R₂₅。它的值必須足夠高，通過與負(fù)載串聯(lián)，將電流限制在不會(huì)導(dǎo)致熔絲跳閘的水平，從而不會(huì)對(duì)整流器等負(fù)載元件造成損壞。

第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)為I_max，由負(fù)載的額定功率確定。此處最重要的是NTC熱敏電阻的降額。典型示例如圖3所示。

TDK公司提供了廣泛的NTC熱敏電阻產(chǎn)品，R₂₅的選擇范圍為0.5Ω至33Ω，允許電流為1.3 A至30 A。

當(dāng)使用浪涌電流抑制器時(shí)，應(yīng)確保約90秒的冷卻時(shí)間（取決于具體型號(hào)），以防負(fù)載在短時(shí)間內(nèi)頻繁接通和斷開時(shí)出現(xiàn)問題，因?yàn)樯郎氐腘TC熱敏電阻具有極低的電阻值，幾乎沒有限流能力。這種狀況的補(bǔ)救措施為通過使用繼電器或晶閘管將NTC熱敏電阻旁通。在通電幾秒后就可以執(zhí)行旁通動(dòng)作，因?yàn)榇藭r(shí)大部分負(fù)載已經(jīng)在額定電流下工作。旁通方式使電路無需加熱NTC熱敏電阻。圖4顯示了對(duì)浪涌電流抑制器進(jìn)行控制的時(shí)間控制旁通電路。

旁通電路的響應(yīng)時(shí)間由時(shí)間常數(shù)R₁和C₁以及齊納二極管的值決定。在示例電路中，繼電器在約3或4秒后響應(yīng) – 具體取決于元件的參數(shù)偏差。在所用的繼電器上(24 VDC, 8 AAC)，線圈的保持電壓為約0.5?U_N。由于C₂的充電電流，繼電器將做出響應(yīng)，并且在C₂充電完成后，繼電器將在一半的額定電壓下工作，從而將所需的電流減半。特別地，如果負(fù)載具有較高的額定電流，那么此電路的功率需求會(huì)小于持續(xù)電流流經(jīng)NTC熱敏電阻導(dǎo)致的功率損失。

采用PTC熱敏電阻實(shí)現(xiàn)可靠的電容器充電

直流支撐電路中的大容量電容器和電容器組意味著在電路通電時(shí)會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)短路。為了實(shí)現(xiàn)可靠的電流抑制效果，應(yīng)使用正溫度系數(shù) (PTC) 熱敏電阻而非固定電阻。大電流會(huì)導(dǎo)致PTC熱敏電阻升溫而升溫將導(dǎo)致PTC熱敏電阻的電阻值極具升高（NTC熱敏電阻則相反），從而達(dá)到本質(zhì)安全的效果。這種特性的優(yōu)勢(shì)在于，當(dāng)直流電路短路時(shí)，電流將被限制在無害的水平，這是固定電阻無法提供的功能。圖5顯示了一個(gè)三相系統(tǒng)整流的直流電路，它采用PTC熱敏電阻限制充電電流，這種電路常用于變頻器等產(chǎn)品。

對(duì)于直流支撐電路，TDK公司提供了一系列特殊的PTC熱敏電阻，它們的電壓范圍為260 V DC至560 V DC，常溫阻值范圍為22Ω至1100Ω，具體參數(shù)取決于產(chǎn)品類型。這些產(chǎn)品均獲得了UL、IECQ及VDE認(rèn)證，且符合AEC-Q200標(biāo)準(zhǔn)要求。

特別地，當(dāng)存在較大的電容器組時(shí)，注意不能超過PTC熱敏電阻的最大熱容及最大允許溫度。通過并聯(lián)多個(gè)PTC浪涌電流抑制器可實(shí)現(xiàn)必要的熱容。所需的最少元件數(shù)量由以下公式計(jì)算：

在正常工作狀況下，為了不產(chǎn)生任何功率損失，在直流電容器充電完成后必須將PTC浪涌電流抑制器或多個(gè)并聯(lián)的PTC浪涌電流抑制器旁通連接。然而，如果直流支撐電路中存在短路（可能由損壞的電容器導(dǎo)致），那么必須不能將其旁通。因此，對(duì)于旁通電路而言，最重要的參數(shù)為直流電壓。在充電后，如果電壓達(dá)到設(shè)定值，那么不會(huì)出現(xiàn)故障；相反，如果電壓在極低的水平保持很長(zhǎng)時(shí)間，那么存在短路狀況。因此，只需簡(jiǎn)單地使用比較器電路就能夠在直流支撐電路充電完成后將PTC熱敏電阻旁通（圖6）。

功能說明：通過齊納二極管ZPD3.9控制比較器的反相輸入。只要施加在非反相輸入端的電壓小于3.9 V，那么輸出端的電壓幾乎為0 V，T₁將切斷繼電器。只有當(dāng)通過分壓器R₁/R₂向R₂施加的電壓值大于3.9 V時(shí)，輸出端的比較器才能夠跳至正電勢(shì)狀態(tài)，同時(shí)T₁將驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，導(dǎo)致PTC熱敏電阻被旁通。分壓器R₁/R₂的選擇應(yīng)能夠使繼電器在大約80%額定直流電壓狀態(tài)下動(dòng)作。由于直流電路電壓可高達(dá)數(shù)百伏，所以R₁和R₂必須使用高阻抗型電阻器。例如，在額定電壓為500 V DC的直流支撐電路中，80%的額定電壓為400 V DC。在此電壓點(diǎn)，R₁的值約為990 k?，R₂的值約為10?k?。壓敏電阻和齊納二極管ZPD12用于保護(hù)比較器正相輸入端不發(fā)生過壓。

組合優(yōu)勢(shì)

特別地，對(duì)于具有大直流電容的大功率負(fù)載，例如工業(yè)電源和變頻器中的電路，建議將NTC和PTC浪涌電流抑制器的優(yōu)點(diǎn)和功能結(jié)合在一起。

顯然，此時(shí)可采用電壓控制接通時(shí)間，同時(shí)控制旁通電源輸入側(cè)的NTC熱敏電阻。為此，電路中需要一個(gè)帶有兩個(gè)切換觸點(diǎn)的繼電器，如圖6所示。圖7顯示了完整的電路，其中NTC和PTC熱敏電阻可同時(shí)接通和斷開。此外，電路中還集成了一個(gè)LED指示燈，用于指示跨接未被執(zhí)行。

這種組合式電流限制器的優(yōu)點(diǎn)是可以保護(hù)元件，避免電源側(cè)或設(shè)備內(nèi)部熔絲意外跳閘，并能夠在直流支撐電容短路時(shí)可靠地切斷電流。

圖 1:

無浪涌電流抑制器時(shí)整流器中的電流（紅色）以及有浪涌電流抑制器時(shí)的電流（綠色）

圖 2:

愛普科斯 (EPCOS) NTC浪涌電流抑制器的典型特性曲線。

啟動(dòng)電阻R₂₅為10Ω的NTC浪涌電流抑制器。

圖 3:

NTC浪涌電流抑制器的典型降額特性。

圖 4:

對(duì)浪涌電流抑制器進(jìn)行控制的時(shí)間控制旁通電路

圖 5:

采用PTC熱敏電阻限制充電電流的直流支撐電路

采用外殼封裝及標(biāo)準(zhǔn)圓盤設(shè)計(jì)的PTC熱敏電阻

圖 6:

PTC熱敏電阻的電壓控制旁通電路

圖 7:

電壓控制的NTC與PTC浪涌電流抑制器組合