NTC热敏电阻的应用场合及应用方式-华巨电子


NTC元件是负温度系数的热敏电阻,在业余无线电制作中应用较多。下面主要介绍三方面的应用:

  1)仪表电路中的温度补偿

  在仪表电路中,有很多像线绕电阻一样用金属丝做的元件。金属丝一般都具有正温度系数,采用负温度系数的NTC热敏电阻进行补偿,就能抵消由于温度变化所产生的误差。图1是一种温度补偿电路。是将NTC热敏电阻与电阻温度系数非常小的锰铜丝电阻并联后再与被补偿的元件串联,达到温度补偿的作用。

  图1 NTC热敏电阻在仪表温度补偿中的应用

敏电阻在仪表温度补偿中的应用

 

2)NTC用在晶体管电路中稳定工作点

  图2是三种NTC热敏电阻稳定晶体管工作点的电路。

  图2(a)所示为一个简单晶体管电流放大器,在基极回路中接大了一个NTC热"敏电阻RT。在环境温度变化时,线路输出电流也会有变化,加大了NTC后就可自动调整这一级晶体管的集电极直流电流,稳定晶体管的输出增益。


 图2用NTC稳定晶体管工作点

稳定晶体管

  图2(b)中将NTC热敏电阻肝与发射极电阻并联,当晶体管发射结电阻随温度升高而阻值增大时,NTC热敏电阻RT就起到补偿作用。

  图2(c)为一晶体管收音机低频功率放大级。在该级的下偏置电阻上并联了一只NTC热敏电阻RT,当温度升高引起集电极电流增加时,由于下偏置电阻减小,基极电流也减小,因而使集电极电流下降,起到了稳定工作点的作用。

    3)用NTC热敏电阻作温度测量装置

  图3为一热敏电阻温度计。图中RT为热敏电阻,由于热敏电阻的阻值随温度变化而变化,因而使接在电桥对角线间的微安表指示也相应地变化。热敏电阻温度计的精确度可以达到0.1℃ 感温灵敏度在10s以下。

  图3热敏电阻温度计

热敏电阻温度计



  4)用NTC热敏电阻开机浪涌抑制

为了避免电子电路中在开机瞬间产生的浪涌电流,在电源电路中串接一个功率型NTC热敏电阻,能有效的抑制开机时的浪涌电流,并在完成浪涌电流抑制作用后,由于通过其电流的持续作用,功率型热敏电阻的阻值将下降的一个非常小的程度,它消耗的功率可以忽略不计,不会对正常的工作电流造成影响,所以在电源回路中使用功率型NTC热敏电阻,是抑制开机浪涌电流保护电子设备免遭破坏的最为简便而有效的措施。

功率型NTC热敏电阻器的选用原则 
    1.电阻器的最大工作电流〉实际电源回路的工作电流
    2.功率型电阻器的标称电阻值
        R≥1.414*E/Im
      式中  E为线路电压  Im为浪涌电流
            对于转换电源,逆变电源,开关电源,UPS电源, Im=100倍工作电流
            对于灯丝,加热器等回路   Im=30倍工作电流
    3.B值越大,残余电阻越小,工作时温升越小
    4.一般说,时间常数与耗散系数的乘积越大,则表示电阻器的热容量越大,电阻器抑制浪涌电流的能力也越强。

下图为使用MF72热敏电阻前后浪涌电流得比较曲线图,虚线为使用热敏电阻前,实线为使用热敏电阻后。

随着电子产品对可靠性要求的不断提高和能源资源的日益紧缩,高可靠性和高效节能的电子产品将是未来电子产品发展的一个方向,因此在产品的电源设计上,必须要充分考虑其可靠性能和电源使用效率。
本文首先分析电子产品为什么会有开机浪涌,然后以典型的电源电路为例分析如何使用热敏电阻抑制浪涌电流,最后介绍热敏电阻在实际应用中应如何选型。
开机浪涌电流产生的原因

图1是典型的电子产品电源部分简化电路,C1是与负载并联的滤波电容。在开机上电的瞬间,电容电压不能突变,因此会产生一个很大的充电电流。根据一阶电路零状态响应模型所建立的一阶线性非齐次方程可以求出其电流初始值相当于把滤波电容短路而得到的电流值。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,其大小取决于启动上电时输入电压的幅值以及由桥式整流器和电解电容其所形成的回路的总电阻。

图1 电源示意图

假设输入电压V1为220Vac,整个电网内阻(含整流桥和滤波电容)Rs=1Ω,若正好在电源输入波形达到90度相位的时候开机,那么开机瞬间浪涌电流的峰值将达到I=220×1.414/1=311(A)。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它动力设备瞬间掉电,对临近设备的正常工作产生干扰。

浪涌电流的抑制

浪涌电流的抑制方法有很多,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。图2是一个常见的110V/220V双输入电源示意图,以此为例,我们分析一下如何使用NTC热敏电阻进行浪涌电流的抑制。

图2 110/220Vac双输入电源示意图

NTC热敏电阻,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2中R1~R4为热敏电阻浪涌抑制器通常放置的位置。对于同时兼容110Vac和220Vac输入的双电压输入产品,应该在R1和R2位置同时放两个NTC热敏电阻,这样可使在110Vac输入连接线连接时和220Vac输入连接线断开时的冲击电流大小一致,也可单独在R3或R4处放置一个NTC热敏电阻。对于只有220Vac输入的单电压产品,只需在R3或R1位置放1个NTC热敏电阻即可。

其工作原理如下:

在常温下,NTC热敏电阻具有较高的电阻值(一般选用5Ω或10Ω),即标称零功率电阻值。参考图1的例子,串接10ΩNTC时,开机浪涌电流为:I=220×1.414/(1+10)= 28(A),比未使用NTC热敏电阻时的311A降低了10倍,有效的起到了抑制浪涌电流的作用。

开机后,由于NTC热敏电阻迅速发热、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降低了几十到上百倍,因此这种设计非常适合对转换效率和节能有较高要求的产品,如开关电源。

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。

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