改進型電源設計

　　上述使用NTC浪湧抑製器的電路與(yu) 使用固定電阻的電路相比，已經具備了節能的特性。對於(yu) 某些特殊的產(chan) 品，如工業(ye) 產(chan) 品，有時客戶會(hui) 提出如下要求：1、如何降低NTC的故障率以提高其使用壽命？2、如何將NTC的功耗降至最低？3、如何使串聯了NTC熱敏電阻的電源電路能適應循環開關(guan) 的應用條件？

　　對於(yu) 第1、2兩(liang) 點，因為(wei) NTC熱敏電阻的主要作用是抑製浪湧，產(chan) 品正常啟動後它所消耗的能量是我們(men) 不需要的，如果有一種可行的辦法能將NTC熱敏電阻從(cong) 正常工作的電路中切斷，就可以滿足這種要求。

　　對於(yu) 第3點，首先分析為(wei) 什麽(me) 使用了NTC熱敏電阻的產(chan) 品不能頻繁開關(guan) 。從(cong) 電路工作原理的分析我們(men) 可以看到，在正常工作狀態下，是有一定電流通過NTC熱敏電阻的，這個(ge) 工作電流足以使NTC的表麵溫度達到100℃～200℃。當產(chan) 品關(guan) 斷時，NTC熱敏電阻必須要從(cong) 高溫低阻狀態完全恢複到常溫高阻狀態才能達到與(yu) 上一次同等的浪湧抑製效果。這個(ge) 恢複時間與(yu) NTC熱敏電阻的耗散係數和熱容有關(guan) ，工程上一般以冷卻時間常數作為(wei) 參考。所謂冷卻時間常數，指的是在規定的介質中，NTC熱敏電阻自熱後冷卻到其溫升的63.2％所需要的時間（單位為(wei) 秒）。冷卻時間常數並不是NTC熱敏電阻恢複到常態所需要的時間，但冷卻時間常數越大，所需要的恢複時間就越長，反之則越短。

　　在上述思路的指導下，產(chan) 生了圖3的改進型電路。產(chan) 品上電瞬間，NTC熱敏電阻將浪湧電流抑製到一個(ge) 合適的水平，之後產(chan) 品得電正常工作，此時繼電器線圈從(cong) 負載電路得電後動作，將NTC熱敏電阻從(cong) 工作電路中切去。這樣，NTC熱敏電阻僅(jin) 在產(chan) 品啟動時工作，而當產(chan) 品正常工作時是不接入電路的。這樣既延長了NTC熱敏電阻的使用壽命，又保證其有充分的冷卻時間，能適用於(yu) 需要頻繁開關(guan) 的應用場合。

　　圖3 帶繼電器旁路電路的電源設計示意圖

　　NTC熱敏電阻的選型

　　NTC熱敏電阻的選型要考慮以下幾個(ge) 要點：

　　最大額定電壓和濾波電容值

　　濾波電容的大小決(jue) 定了應該選用多大尺寸的NTC。對於(yu) 某個(ge) 尺寸的NTC熱敏電阻來說，允許接入的濾波電容的大小是有嚴(yan) 格要求的，這個(ge) 值也與(yu) 最大額定電壓有關(guan) 。在電源應用中，開機浪湧是因為(wei) 電容充電產(chan) 生的，因此通常用給定電壓值下的允許接入的電容量來評估NTC熱敏電阻承受浪湧電流的能力。對於(yu) 某一個(ge) 具體(ti) 的NTC熱敏電阻來說，所能承受的最大能量已經確定了，根據一階電路中電阻的能量消耗公式E=1/2×CV2可以看出，其允許的接入的電容值與(yu) 額定電壓的平方成反比。簡單來說，就是輸入電壓越大，允許接入的最大電容值就越小，反之亦然。

　　NTC熱敏電阻產(chan) 品的規範一般定義(yi) 了在220Vac下允許接入的最大電容值。假設某應用條件最大額定電壓是420Vac，濾波電容值為(wei) 200μF，根據上述能量公式可以折算出在220Vac下的等效電容值應為(wei) 200×4202/2202=729μF，這樣在選型時就必須選擇220Vac下允許接入電容值大於(yu) 729μF的型號。

　　產(chan) 品允許的最大啟動電流值和長期加載在NTC熱敏電阻上的工作電流

　　電子產(chan) 品允許的最大啟動電流值決(jue) 定了NTC熱敏電阻的阻值。假設電源額定輸入為(wei) 220Vac，內(nei) 阻為(wei) 1Ω，允許的最大啟動電流為(wei) 60A，那麽(me) 選取的NTC在初始狀態下的最小阻值為(wei) Rmin=（220×1.414/60）-1=4.2（Ω）。至此，滿足條件的NTC熱敏電阻一般會(hui) 有一個(ge) 或多個(ge) ，此時再按下麵的方法進行選擇。

　　產(chan) 品正常工作時，長期加載在NTC熱敏電阻上的電流應不大於(yu) 規格書(shu) 規定的電流。根據這個(ge) 原則可以從(cong) 阻值大於(yu) 4.2Ω的多個(ge) 電阻中挑選出一個(ge) 適合的阻值。當然這指的是在常溫情況下。如果工作的環境溫度不是常溫，就需要按下文提到的原則來進行NTC熱敏電阻的降額設計。

　　NTC熱敏電阻的工作環境

　　由於(yu) NTC熱敏電阻受環境溫度影響較大，一般在產(chan) 品規格書(shu) 中隻給出常溫下（25℃）的阻值，若產(chan) 品應用條件不是在常溫下，或因產(chan) 品本身設計或結構的原因，導致NTC熱敏電阻周圍環境溫度不是常溫的時候，必須先計算出NTC在初始狀態下的阻值才能進行以上步驟的選擇。

　　當環境溫度過高或過低時，必須根據廠家提供的降功耗曲線進行降額設計。將功耗曲線一般有兩(liang) 種形式，如圖4所示。

　　圖4 降功耗曲線

　　對曲線a，允許的最大持續工作電流可用以下公式表示：

　　對曲線b，允許的最大持續工作電流可用以下公式表示：

　　事實上，不少生產(chan) 廠家都對自己的產(chan) 品定義(yi) 了環境溫度類別，在實際應用中，應盡量使NTC熱敏電阻工作的環境溫度不超出廠家規定的上/下限溫度。同時，應注意不要使其工作在潮濕的環境中，因為(wei) 過於(yu) 潮濕的環境會(hui) 加速NTC熱敏電阻的老化。

　　結論

　　通過以上分析可以看出，在電源設計中使用NTC熱敏電阻型浪湧抑製器，其抑製浪湧電流的能力與(yu) 普通電阻相當，而在電阻上的功耗則可降低幾十到上百倍。對於(yu) 需要頻繁開關(guan) 的應用場合，電路中必須增加繼電器旁路電路以保證NTC熱敏電阻能完全冷卻恢複到初始狀態下的電阻。在產(chan) 品選型上，要根據最大額定電壓和濾波電容值選定產(chan) 品係列，根據產(chan) 品允許的最大啟動電流值和長時間加載在NTC熱敏電阻上的工作電流來選擇NTC熱敏電阻的阻值，同時要考慮工作環境的溫度，適當進行降額設計。