NTC熱敏電阻在防止啟動電流過流中的應用

閻家光

摘要

在硬件電路設計中，利用熱敏電阻負溫度特性，在電路回路中抑制啟動電流過大導致系統無法正常啟動的故障現象，使電路能工正常工作。

【關鍵詞】熱敏電阻 NTC負溫度系數 啟動電流 過流保護

1 引言

對于做硬件的工程師，在日常工作時，或多或少都會在設計調試過程中碰到或認識到一種令人頭疼的現象：系統的工作電流都會遠小于其啟動電流，在剛上電瞬間，電流過大導致無法正常啟動。但是設計者當初所設計的給負載供電的電源電流是滿足負載工作電流大小并且還有50%或者100%的余量，也就是說負載完全能正常地工作而不會存在任何的電源問題。但是，在加電的過程中，經常或看到：在上電一瞬間，電源會出現過流而發生保護的現象，導致模塊電源無法正常輸出。

2 故障原因

究其原因，考慮到電容的基本屬性和繼電器吸合時對電流的影響，一般認為是因為有這兩種元器件的存在使得啟動電流過大，導致電源模塊發生保護：電容器和繼電器。

2.1 電容器

電容兩端電壓不能突變，這是電容器的特點之一。根據公式：Uc=Q/C，電容器端電壓的上升要靠電荷的積累，在電源接通瞬間，電容器沒有電荷，在直流電路中處于剛要充電狀態，電壓為零，相當于電容器瞬間短路，因此，瞬間電流相當大，遠超出系統的工作電流，導致電源模塊過流保護。

2.2 繼電器因素

繼電器的內部構造一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成。當在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會路過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力的吸引作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點（常閉觸點）與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用下返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點釋放。通過這樣的吸合、釋放動作，從而達到在電路中的通斷、切斷的目的。

印制板上電的一瞬間，電流通過繼電器，導致銜鐵與鐵芯吸合。由廠家給出的繼電器的電流曲線可見，在繼電器導通的瞬間，瞬間電流達到工作電流的十幾倍甚至幾十倍，這也是導致電源發生過流保護的原因。

3 解決思路

3.1 歐姆定律

在電路回路中，由歐姆定律I=U/R可知，電流的大小和電壓成正比，和電阻成反比。當I過大時，可以通過在回路中串接電阻RL‘來增加整體負載電阻值，從而減小回路的啟動電流，到達不觸發模塊的過流保護狀態。但是這樣有一個問題就是：當回路電流流過增加的電阻RL‘上時，它要產生電壓降，從而分去供給負載RL的供電電壓，其結果就是有可能負載因為供電電壓低而不能正常工作。

如何解決以上矛盾，使得串入的電阻載既能降低啟動電流，又能不分去或較少地分去負載的工作電壓呢？答案就是使用負溫度系數的熱敏電阻替代電阻。

3.2 熱敏電阻

熱敏電阻器是敏感元件的一類，是一種傳感器電阻。它隨著溫度的變化而改變，與一般的固定電阻不同。屬于可變電阻的一類，廣泛應用于各種電子元器件中。熱敏電阻器的典型特點是對溫度敏感，不同的溫度下表現出不同的電阻值。按照溫度系數不同分為正溫度系數熱敏電阻器（PTC）和負溫度系數熱敏電阻器（NTC）。正溫度系數熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時電阻值越大，負溫度系數熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導體器件。

NTC熱敏電阻的阻值（RT）與熱力學溫度（T）的典型關系曲線如下圖5所示，可見隨著溫度的升高，RT迅速減小。

上述關系可采用下式的指數關系表示。

其中，式中RT0為熱敏電阻在溫度T0（熱力學溫度）下的阻值，B為熱敏指數，與熱敏電阻的半導體材料和加工工藝有關。

4 試驗后結論

4.1 試驗

通過實際試驗可知，在串入了負溫度系數的熱敏電阻后，電源負載Rload增大，電路回路在上電啟動瞬間，啟動電流小減小（小于工作電流）到系統能夠正常啟動，隨著熱敏電阻的發熱，其電阻值迅速減小，工作電流迅速回歸正常大小，回路趨于正常工作狀態。

4.2 結論

基于負溫度系數熱敏電阻的特性，選擇合適的阻值，然后將之串聯在系統電路回路中，能夠有效抑制并解決啟動電流過大給電路回路帶來過流保護的故障現象，并且不會給系統電路帶來其他的副作用。

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