浪涌电流限制器PTC

应用注释作为电流保护装置的PTC热敏电阻使用方法

作为电流保护装置的PTC热敏电阻使用方法

PTC热敏电阻的一个特性是当电流过大时,它们会自行产生热量,产生很大的电阻。由于具有这种特性,它们被用作过电流保护装置。
本文介绍了实现以下目的的应用。
« 限制励磁涌流 »
« 过电流保护 »
« 电信用途 »

PTC热敏电阻的优点

PTC热敏电阻是一种基于具有高正温度系数(PTC)的特殊半导体陶瓷材料的温度相关电阻。在室温下,它们的电阻值相对较低。当电流流过PTC时,产生的热量会提高PTC的温度。一旦超过一定温度(居里温度),PTC的电阻就会显著增大。
这种效果可以用来保护电路或设备免受过电流的影响。在这种情况下,过电流使PTC达到一定的高温,并由此产生大电阻,然后限制过电流。故障原因消除后,PTC会冷却下来,像一个可重置熔断器一样再次发挥作用。由于具有这种特性,PTC热敏电阻被用作过电流保护装置。下面的示例应用说明了PTC热敏电阻是如何用于过电流保护的。

目录

PTC热敏电阻在限制励磁涌流中的应用

应用:车载充电器(OBC)的励磁涌流限制

开关电源(SMPS)的体积小、重量轻、性能优良,常用作电子设备的电源。当SMPS开启时(例如,当平滑电容器开始充电时),会有一个高峰值励磁涌流流过装置。这种励磁涌流可能会对平滑电容器的使用寿命产生负面影响,损坏电源开关的触点或破坏整流二极管。因此,需要限制SMPS的励磁涌流。

下面的电路图是励磁涌流限制器(ICL)电路的一个例子,其中的PTC热敏电阻和晶闸管(或机械继电器)组合在一起使用。

当电源开关关闭、充电过程开始时,没有充电的电容器像一个短路的电路,因此会产生很大的励磁涌流。由于这时晶闸管处于高欧姆状态(机械继电器将处于打开状态),与平滑电容器串联的PTC将浪涌电流(电容器的充电电流)限制在期望的较低水平。一旦电容器充电,晶闸管就会使PTC短路,施加电负载。
在某些情况下,晶闸管(或机械继电器)可能发生故障,不会使PTC短路。发生这种情况时,负载被加到电路上,大工作电流将使PTC升温。PTC随后进入高欧姆状态,从而将故障电流降低到一个不危险的较低水平。PTC热敏电阻能承受这种负载,不会损坏。
如果像过去一般采取的方式一样,用固定电阻器来限制励磁涌流,大工作电流会使电阻器热应力过大,甚至破坏电阻器或导致火灾发生。

图1 开关电源中的励磁涌流限制

应用:工业逆变器的励磁涌流限制

感应电机常用于工厂的风机、水泵、空调和其他设备。感应电机结构简单、结实,其速度取决于电源的频率。逆变器用于控制感应电机的转速。这种变频驱动(VFD)提高了电机的效率,从而降低了能耗。

逆变系统由转换器部分和逆变器部分组成。直流链路电容器(平滑电容器)放在转换器部分之后。当系统电源开启时,直流链路电容器充电,这时的励磁涌流的峰值是给电容器充电时所需的稳定电流的几倍。这种励磁涌流会对电容器的使用寿命产生不利影响或者破坏暴露于电流的半导体器件。
励磁涌流限制器(ICL)中的PTC热敏电阻和晶闸管(或继电器)相互结合在一起使用,使用它能很好地限制励磁涌流。
PTC ICL的功能与在车载充电器应用中描述的相同。同样,PTC具有自保护特性(在电路故障时电阻增大)。

图2 工业逆变器中的励磁涌流限制

PTC热敏电阻在过电流保护中的应用

应用:车载直流电机的过电流保护

当电机超载或电机停止旋转(锁定)时,会有过电流流过电机。这会导致线圈的热应力过大。PTC热敏电阻可以有效地保护电机免受过电流的影响。
例如,汽车的侧镜被物体挡住,驾驶员试图设置或收回它时,电机会锁定。这将导致过电流通过电机绕组。为了防止热应力过大,采用PTC热敏电阻。大电流会使PTC升温。PTC的电阻随后大幅增加,这反过来又将大电流降低到一个不会使系统热应力过大的水平。例如,这种过电流保护热敏电阻还用于驱动电动锁定和电动座椅的电机。

图3 车载直流电机保护的示例

应用:螺线管过的电流保护

螺线管通过线圈的磁力使电枢运动,是一种简单方便的执行器,用于打印机、电子锁等办公自动化设备中。螺线管有直接作用类型、旋转类型和其他类型。
电磁线圈因某种机械性障碍等上锁时,驱动电路会因过电流状态持续而发生破损。
当此类过电流持续流过时,PTC热敏电阻会通过自身发热提升电阻值来降低输出电流,从而防止驱动电路破损。

图4 螺线管中的励磁涌流保护

PTC热敏电阻在电信过电流保护中的应用

应用:安全系统浪涌保护装置(SPD)中的过电流保护

用于电信应用的PTC热敏电阻还可用于工厂和办公楼的各种安全系统。例如,因为用于连接多个地点的火灾警报系统、监视摄像头系统和其他网络系统的信号电缆可能会被雷击破坏,所以在这些系统的重要位置安装浪涌保护装置(SPD)。
下图是一个使用可替换插入式SPD的保护电路的例子。插头侧由用于过电压保护的避雷器和电阻器组成。插座侧是一个用于过电流保护的PTC热敏电阻。

TDK为电信应用提供了一全套PTC热敏电阻。电信对保护器(TPP)通常用于SPD,每一个都包含两个封装在塑料外壳中的PTC热敏电阻。

PTC的功能与上一节中描述的非常相似。

图5 插入式浪涌保护装置(SPD)保护电路的实例

相关链接