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NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻

NTC熱敏電阻是指具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。是使用單一高純度材料、具有接近理論密度結(jié)構(gòu)的高性能陶瓷。因此，在實現(xiàn)小型化的同時，還具有電阻值、溫度特性波動小、對各種溫度變化響應(yīng)快的特點，可進(jìn)行高靈敏度、高精度的檢測。本公司提供各種形狀、特性的小型、高可靠性產(chǎn)品，可滿足廣大客戶的應(yīng)用需求。

NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻工作原理

NTC是Negative Temperature Coefficient 的縮寫,意思是負(fù)的溫度系數(shù),泛指負(fù)溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件，所謂NTC熱敏電阻器就是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料，采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，因為在導(dǎo)電方式上完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。NTC熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在10O~1000000歐姆，溫度系數(shù)-2%~-6.5%。NTC熱敏電阻器可廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫度補(bǔ)償、抑制浪涌電流等場合。

零功率電阻值 RT（Ω）

RT指在規(guī)定溫度 T 時，采用引起電阻值變化相對于總的測量誤差來說可以忽略不計的測量功率測得的電阻值。

電阻值和溫度變化的關(guān)系式為：

RT = RN expB(1/T – 1/TN)

RT ：在溫度 T （ K ）時的 NTC 熱敏電阻阻值。
RN ：在額定溫度 TN （ K ）時的 NTC 熱敏電阻阻值。
T ：規(guī)定溫度（ K ）。
B ： NTC 熱敏電阻的材料常數(shù)，又叫熱敏指數(shù)。
exp ：以自然數(shù) e 為底的指數(shù)（ e = 2.71828 …）。

該關(guān)系式是經(jīng)驗公式，只在額定溫度 TN 或額定電阻阻值 RN 的有限范圍內(nèi)才具有一定的精確度，因為材料常數(shù) B 本身也是溫度 T 的函數(shù)。

額定零功率電阻值 R25 （Ω）

根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，額定零功率電阻值是 NTC 熱敏電阻在基準(zhǔn)溫度 25 ℃ 時測得的電阻值 R25，這個電阻值就是 NTC 熱敏電阻的標(biāo)稱電阻值。通常所說 NTC 熱敏電阻多少阻值，亦指該值。

材料常數(shù)（熱敏指數(shù)） B 值（ K ）

B 值被定義為：

RT1 ：溫度 T1 （ K ）時的零功率電阻值。
RT2 ：溫度 T2 （ K ）時的零功率電阻值。
T1， T2 ：兩個被指定的溫度（ K ）。

對于常用的 NTC 熱敏電阻， B 值范圍一般在 2000K ～ 6000K 之間。

零功率電阻溫度系數(shù)（αT ）

在規(guī)定溫度下， NTC 熱敏電阻零動功率電阻值的相對變化與引起該變化的溫度變化值之比值。

αT ：溫度 T （ K ）時的零功率電阻溫度系數(shù)。
RT ：溫度 T （ K ）時的零功率電阻值。
T ：溫度（ T ）。
B ：材料常數(shù)。

耗散系數(shù)（δ）

在規(guī)定環(huán)境溫度下， NTC 熱敏電阻耗散系數(shù)是電阻中耗散的功率變化與電阻體相應(yīng)的溫度變化之比值。

 δ： NTC 熱敏電阻耗散系數(shù)，（ mW/ K ）。
△ P ： NTC 熱敏電阻消耗的功率（ mW ）。
△ T ： NTC 熱敏電阻消耗功率△ P 時，電阻體相應(yīng)的溫度變化（ K ）。

熱時間常數(shù)(τ)

在零功率條件下，當(dāng)溫度突變時，熱敏電阻的溫度變化了始未兩個溫度差的 63.2% 時所需的時間，熱時間常數(shù)與 NTC 熱敏電阻的熱容量成正比，與其耗散系數(shù)成反比。

τ：熱時間常數(shù)（ S ）。
C： NTC 熱敏電阻的熱容量。
δ： NTC 熱敏電阻的耗散系數(shù)。

額定功率Pn

在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器長期連續(xù)工作所允許消耗的功率。在此功率下，電阻體自身溫度不超過其最高工作溫度。

最高工作溫度Tmax

在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器能長期連續(xù)工作所允許的最高溫度。即:

T0-環(huán)境溫度。

測量功率Pm

熱敏電阻在規(guī)定的環(huán)境溫度下， 阻體受測量電流加熱引起的阻值變化相對于總的測量誤差來說可以忽略不計時所消耗的功率。
一般要求阻值變化大于0.1%，則這時的測量功率Pm為： 

電阻溫度特性

NTC熱敏電阻的溫度特性可用下式近似表示：

式中：
RT：溫度T時零功率電阻值。
A：與熱敏電阻器材料物理特性及幾何尺寸有關(guān)的系數(shù)。　
B：B值。
T：溫度（k）。
更精確的表達(dá)式為：

式中：RT：熱敏電阻器在溫度T時的零功率電阻值。
　　　T：為絕對溫度值，K；
　　　A、B、C、D：為特定的常數(shù)。

點擊下載A、B、C、D常數(shù)計算工具

電阻－溫度特性

熱敏電阻的電阻－溫度特性可近似地用式1表示。

(式1) R=R_o exp {B(I/T-I/T_o)}

但實際上，熱敏電阻的B值并非是恒定的，其變化大小因材料構(gòu)成而異，最大甚至可達(dá)5K/°C。因此在較大的溫度范圍內(nèi)應(yīng)用式1時，將與實測值之間存在一定誤差。

此處，若將式1中的B值用式2所示的作為溫度的函數(shù)計算時，則可降低與實測值之間的誤差，可認(rèn)為近似相等。

(式2) B_T=CT²+DT+E

上式中，C、D、E為常數(shù)。
另外，因生產(chǎn)條件不同造成的B值的波動會引起常數(shù)E發(fā)生變化，但常數(shù)C、D 不變。因此，在探討B(tài)值的波動量時，只需考慮常數(shù)E即可。


•  常數(shù)C、D、E的計算
常數(shù)C、D、E可由4點的(溫度、電阻值)數(shù)據(jù) (T₀, R₀). (T₁, R₁). (T₂, R₂) and (T₃, R₃)，通過式3～6計算。
首先由式樣3根據(jù)T₀和T₁,T₂,T₃的電阻值求出B₁,B₂,B₃,然后代入以下各式樣。




•  電阻值計算例

試根據(jù)電阻－溫度特性表，求25°C時的電阻值為5(kΩ)，B值偏差為50(K)的熱敏電阻在10°C～30°C的電阻值。

•  步 驟

(1) 根據(jù)電阻－溫度特性表，求常數(shù)C、D、E。

T_o=25+273.15   T₁=10+273.15   T₂=20+273.15   T₃=30+273.15

(2) 代入B_T=CT²+DT+E+50，求B_T。

(3) 將數(shù)值代入R=5exp {(B_TI/T-I/298.15)}，求R。
*T : 10+273.15～30+273.15

•  電阻－溫度特性圖如圖1所示

電阻溫度系數(shù)

所謂電阻溫度系數(shù)(α)，是指在任意溫度下溫度變化1°C(K)時的零負(fù)載電阻變化率。電阻溫度系數(shù)(α)與B值的關(guān)系，可將式1微分得到。



這里α前的負(fù)號(－)，表示當(dāng)溫度上升時零負(fù)載電阻降低。

散熱系數(shù) (JIS-C2570)

散熱系數(shù)(δ)是指在熱平衡狀態(tài)下，熱敏電阻元件通過自身發(fā)熱使其溫度上升1°C時所需的功率。
在熱平衡狀態(tài)下，熱敏電阻的溫度T₁、環(huán)境溫度T2及消耗功率P之間關(guān)系如下式所示。



產(chǎn)品目錄記載值為下列測定條件下的典型值。

(1)	25°C靜止空氣中。
(2)	軸向引腳、經(jīng)向引腳型在出廠狀態(tài)下測定。

額定功率(JIS-C2570)

在額定環(huán)境溫度下，可連續(xù)負(fù)載運(yùn)行的功率最大值。
產(chǎn)品目錄記載值是以25°C為額定環(huán)境溫度、由下式計算出的值。

(式) 額定功率=散熱系數(shù)×（最高使用溫度－25）

最大運(yùn)行功率

最大運(yùn)行功率=t×散熱系數(shù) … (3.3)
這是使用熱敏電阻進(jìn)行溫度檢測或溫度補(bǔ)償時，自身發(fā)熱產(chǎn)生的溫度上升容許值所對應(yīng)功率。(JIS中未定義。)容許溫度上升t°C時，最大運(yùn)行功率可由下式計算。

應(yīng)環(huán)境溫度變化的熱響應(yīng)時間常數(shù)(JIS-C2570)

指在零負(fù)載狀態(tài)下，當(dāng)熱敏電阻的環(huán)境溫度發(fā)生急劇變化時，熱敏電阻元件產(chǎn)生最初溫度與最終溫度兩者溫度差的63.2%的溫度變化所需的時間。

熱敏電阻的環(huán)境溫度從T₁變?yōu)門₂時，經(jīng)過時間t與熱敏電阻的溫度T之間存在以下關(guān)系。

(1)	靜止空氣中環(huán)境溫度從50°C至25°C變化時，熱敏電阻的溫度變化至34.2°C所需時間。
(2)	軸向引腳、徑向引腳型在出廠狀態(tài)下測定。

另外應(yīng)注意，散熱系數(shù)、熱響應(yīng)時間常數(shù)隨環(huán)境溫度、組裝條件而變化。

NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻R-T特性 
　

   
B 值相同， 阻值不同的 R-T 特性曲線示意圖 

相同阻值，不同B值的NTC熱敏電阻R-T特性曲線示意圖

溫度測量、控制用NTC熱敏電阻器

外形結(jié)構(gòu)

環(huán)氧封裝系列NTC熱敏電阻

玻璃封裝系列NTC熱敏電阻

應(yīng)用電路原理圖

溫度測量（惠斯登電橋電路）

溫度控制

應(yīng)用設(shè)計

• 電子溫度計、電子萬年歷、電子鐘溫度顯示、電子禮品；
• 冷暖設(shè)備、加熱恒溫電器；
• 汽車電子溫度測控電路；
• 溫度傳感器、溫度儀表；
• 醫(yī)療電子設(shè)備、電子盥洗設(shè)備；
• 手機(jī)電池及充電電器。

溫度補(bǔ)償用NTC熱敏電阻器

產(chǎn)品概述

許多半導(dǎo)體和ICs有溫度系數(shù)而且要求溫度補(bǔ)償，以在較大的溫度范圍中達(dá)到穩(wěn)定性能的作用，由于NTC熱敏電阻器有較高的溫度系數(shù)，所以廣泛應(yīng)用于溫度補(bǔ)償。

主要參數(shù)

額定零功率電阻值R25 (Ω)
R25允許偏差（%）
B值(25/50 ℃)/（K）
時間常數(shù) ≤30S
耗散系數(shù) ≥6mW/ ℃
測量功率 ≤0.1mW
額定功率 ≤0.5W
使用溫度范圍 -55 ℃ ~+125 ℃

降功耗曲線：

應(yīng)用原理及實例

為了避免電子電路中在開機(jī)瞬間產(chǎn)生的浪涌電流，在電源電路中串接一個功率型NTC熱敏電阻，能有效的抑制開機(jī)時的浪涌電流，并在完成浪涌電流抑制作用后，由于通過其電流的持續(xù)作用，功率型熱敏電阻的阻值將下降的一個非常小的程度，它消耗的功率可以忽略不計，不會對正常的工作電流造成影響，所以在電源回路中使用功率型NTC熱敏電阻，是抑制開機(jī)浪涌電流保護(hù)電子設(shè)備免遭破壞的最為簡便而有效的措施。

NTC熱敏電阻電路，NTC溫度傳感器電路,NTC測溫電路圖-華巨電子

溫度是實際應(yīng)用中經(jīng)常需要測試的參數(shù)，從鋼鐵制造到半導(dǎo)體生產(chǎn)，很多工藝都要依靠溫度來實現(xiàn)，溫度傳感器是應(yīng)用系統(tǒng)與現(xiàn)實世界之間的橋梁。本文對不同的溫度傳感器進(jìn)行簡要概述，并介紹與電路系統(tǒng)之間的接口。

圖1：熱敏電阻器的電阻/溫度曲線。

溫度測量應(yīng)用非常廣泛，不僅生產(chǎn)工藝需要溫度控制，有些電子產(chǎn)品還需對它們自身的溫度進(jìn)行測量，如計算機(jī)要監(jiān)控CPU的溫度，馬達(dá)控制器要知道功率驅(qū)動IC的溫度等等，下面介紹幾種常用的溫度傳感器。

熱敏電阻器

用來測量溫度的傳感器種類很多，熱敏電阻器就是其中之一。許多熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)，也就是說溫度下降時它的電阻值會升高。在所有被動式溫度傳感器中，熱敏電阻的靈敏度(即溫度每變化一度時電阻的變化)最高，但熱敏電阻的電阻/溫度曲線是非線性的。

表1是一個典型的NTC熱敏電阻器性能參數(shù)，這些數(shù)據(jù)是對

圖2：熱敏電阻測量溫度的典型電路

熱敏電阻進(jìn)行量測得到的，但它也代表了NTC熱敏電阻的總體情況。其中電阻值以一個比率形式給出(R/R25)，該比率表示當(dāng)前溫度下的阻值與25℃時的阻值之比，通常同一系列的熱敏電阻器具有類似的特性和相同電阻/溫度曲線。以表1中的熱敏電阻系列為例，25℃時阻值為10KΩ的電阻，在0℃時電阻為28.1KΩ，60℃時電阻為4.086KΩ；與此類似，25℃時電阻為5KΩ的熱敏電阻在0℃時電阻則為14.050KΩ。

圖1是熱敏電阻的溫度曲線，可以看到電阻/溫度曲線是非線性的。雖然這里的熱敏電阻數(shù)據(jù)以10℃為增量，但有些熱敏電阻可以以5℃甚至1℃為增量。如果想要知道兩點之間某一溫度下的阻值，可以用這個曲線來估計，也可以直接計算出電阻值，計算公式如下：

這里T指開氏絕對溫度，A、B、C、D是常數(shù)，根據(jù)熱敏電阻的特性而各有不同，這些參數(shù)由熱敏電阻的制造商提供。

熱敏電阻一般有一個誤差范圍，用來規(guī)定樣品之間的一致性。根據(jù)使用的材料不同，誤差值通常在1%至10%之間。有些熱敏電阻設(shè)計成應(yīng)用時可以互換，用于不能進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)節(jié)的場合，例如一臺儀器，用戶或現(xiàn)場工程師只能更換熱敏電阻而無法進(jìn)行校準(zhǔn)，這種熱敏電阻比普通的精度要高很多，也要貴得多。

圖2是利用熱敏電阻測量溫度的典型電路。電阻R1將熱敏電阻的電壓拉升到參考電壓，一般它與ADC的參考電壓一致，因此如果ADC的參考電壓是5V，Vref也將是5V。熱敏電阻和電阻串聯(lián)產(chǎn)生分壓，其阻值變化使得節(jié)點處的電壓也產(chǎn)生變化，該電路的精度取決于熱敏電阻和電阻的誤差以及參考電壓的精度。

◆     自熱問題

◆    

圖2：熱敏電阻測量溫度的典型電路。

由于熱敏電阻是一個電阻，電流流過它時會產(chǎn)生一定的熱量，因此電路設(shè)計人員應(yīng)確保拉升電阻足夠大，以防止熱敏電阻自熱過度，否則系統(tǒng)測量的是熱敏電阻發(fā)出的熱，而不是周圍環(huán)境的溫度。

熱敏電阻消耗的能量對溫度的影響用耗散常數(shù)來表示，它指將熱敏電阻溫度提高比環(huán)境溫度高1℃所需要的毫瓦數(shù)。耗散常數(shù)因熱敏電阻的封裝、管腳規(guī)格、包封材料及其它因素不同而不一樣。

系統(tǒng)所允許的自熱量及限流電阻大小由測量精度決定，測量精度為±5℃的測量系統(tǒng)比精度為±1℃測量系統(tǒng)可承受的熱敏電阻自熱要大。

圖3：對熱敏電阻進(jìn)行標(biāo)定。

應(yīng)注意拉升電阻的阻值必須進(jìn)行計算，以限定整個測量溫度范圍內(nèi)的自熱功耗。給定出電阻值以后，由于熱敏電阻阻值變化，耗散功率在不同溫度下也有所不同。

有時需要對熱敏電阻的輸入進(jìn)行標(biāo)定以便得到合適的溫度分辨率，圖3是一個將10～40℃溫度范圍擴(kuò)展到ADC整個0～5V輸入?yún)^(qū)間的電路。運(yùn)算放大器輸出公式如下：

一旦熱敏電阻的輸入標(biāo)定完成以后，就可以用圖表表示出實際電阻與溫度的對應(yīng)情況。由于熱敏電阻是非線性的，所以需要用圖表表示，系統(tǒng)要知道對應(yīng)每一個溫度ADC的值是多少，表的精度具體是以1℃為增量還是以5℃為增量要根據(jù)具體應(yīng)用來定。

◆     累積誤差

用熱敏電阻測量溫度時，在輸入電路中要選擇好傳感器及其它元件，以便和所需要的精度相匹配。有些場合需要精度為1%的電阻，而有些可能需要精度為0.1%的電阻。在任何情況下都應(yīng)用一張表格算出所有元件的累積誤差對測量精度的影響，這些元件包括電阻、參考電壓及熱敏電阻本身。

如果要求精度高而又想少花一點錢，則需要在系統(tǒng)構(gòu)建好后對它進(jìn)行校準(zhǔn)，由于線路板及熱敏電阻必須在現(xiàn)場更換，所以一般情況下不建議這樣做。在設(shè)備不能作現(xiàn)場更換或工程師有其它方法監(jiān)控溫度的情況下，也可以讓軟件建一張溫度對應(yīng)ADC變化的表格，這時需要用其它工具測量實際溫度值，軟件才能創(chuàng)建相對應(yīng)的表格。對于有些必須要現(xiàn)場更換熱敏電阻的系統(tǒng)，可以將要更換的元件(傳感器或整個模擬前端)在出廠前就校準(zhǔn)好，并把校準(zhǔn)結(jié)果保存在磁盤或其它存儲介質(zhì)上，當(dāng)然，元件更換后軟件必須要能夠知道使用校準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)。

圖4：RTD與熱敏電阻的電阻/溫度曲線的比較。

總的來說，熱敏電阻是一種低成本溫度測量方法，而且使用也很簡單，下面我們介紹電阻溫度探測器和熱電偶溫度傳感器。

電阻溫度探測器

電阻溫度探測器(RTD)實際上是一根特殊的導(dǎo)線，它的電阻隨溫度變化而變化，通常RTD材料包括銅、鉑、鎳及鎳/鐵合金。RTD元件可以是一根導(dǎo)線，也可以是一層薄膜，采用電鍍或濺射的方法涂敷在陶瓷類材料基底上。

RTD的電阻值以0℃阻值作為標(biāo)稱值。0℃ 100Ω鉑RTD電阻在1℃時它的阻值通常為100.39Ω，50℃時為119.4Ω，圖4是RTD電阻/溫度曲線與熱敏電阻的電阻/溫度曲線的比較。RTD的誤差要比熱敏電阻小，對于鉑來說，誤差一般在0.01%，鎳一般為0.5%。除誤差和電阻較小以外，RTD與熱敏電阻的接口電路基本相同。

熱電偶

熱電偶由兩種不同金屬結(jié)合而成，它受熱時會產(chǎn)生微小的電壓，電壓大小取決于組成熱電偶的兩種金屬材料，鐵-康銅(J型)、銅-康銅(T型)和鉻-鋁(K型)熱電偶是最常用的三種。

圖5：熱點偶溫度測量接口電路。

熱電偶產(chǎn)生的電壓很小，通常只有幾毫伏。K型熱電偶溫度每變化1℃時電壓變化只有大約40μV，因此測量系統(tǒng)要能測出4μV的電壓變化測量精度才可以達(dá)到0.1℃。

由于兩種不同類型的金屬結(jié)合在一起會產(chǎn)生電位差，所以熱電偶與測量系統(tǒng)的連接也會產(chǎn)生電壓。一般把連接點放在隔熱塊上以減小這一影響，使兩個節(jié)點處以同一溫度下，從而降低誤差。有時候也會測量隔熱塊的溫度，以補(bǔ)償溫度的影響(圖5)。

測量熱電偶電壓要求的增益一般為100到300，而熱電偶擷取的噪聲也會放大同樣的倍數(shù)。通常采用測量放大器來放大信號，因為它可以除去熱電偶連線里的共模噪聲。市場上還可以買到熱電偶信號調(diào)節(jié)器，如模擬器件公司的AD594/595，可用來簡化硬件接口。

固態(tài)熱傳感器

表1：典型NTC熱敏電阻器性能參數(shù)。

最簡單的半導(dǎo)體溫度傳感器就是一個PN結(jié)，例如二極管或晶體管基極-發(fā)射極之間的PN結(jié)。如果一個恒定電流流過正向偏置的硅PN結(jié)，正向壓降在溫度每變化1℃時會降低1.8mV。很多IC利用半導(dǎo)體的這一特性來測量溫度，包括美信的MAX1617、國半的LM335和LM74等等。半導(dǎo)體傳感器的接口形式多樣，從電壓輸出到串行SPI/微線接口都可以。

溫度傳感器種類很多，通過正確地選擇軟件和硬件，一定可以找到適合自己應(yīng)用的傳感器。

以下推薦幾款村田NTC熱敏電阻測溫電路：

功率型NTC熱敏電阻器的選用原則
    1.電阻器的最大工作電流〉實際電源回路的工作電流
    2.功率型電阻器的標(biāo)稱電阻值
        R≥1.414*E/Im
      式中  E為線路電壓  Im為浪涌電流
            對于轉(zhuǎn)換電源，逆變電源，開關(guān)電源，UPS電源， Im=100倍工作電流
            對于燈絲，加熱器等回路   Im=30倍工作電流
    3.B值越大，殘余電阻越小，工作時溫升越小
    4.一般說，時間常數(shù)與耗散系數(shù)的乘積越大，則表示電阻器的熱容量越大，電阻器抑制浪涌電流的能力也越強(qiáng)。

下圖為使用MF72熱敏電阻前后浪涌電流得比較曲線圖，虛線為使用熱敏電阻前，實線為使用熱敏電阻后。

隨著電子產(chǎn)品對可靠性要求的不斷提高和能源資源的日益緊縮，高可靠性和高效節(jié)能的電子產(chǎn)品將是未來電子產(chǎn)品發(fā)展的一個方向，因此在產(chǎn)品的電源設(shè)計上，必須要充分考慮其可靠性能和電源使用效率。
本文首先分析電子產(chǎn)品為什么會有開機(jī)浪涌，然后以典型的電源電路為例分析如何使用熱敏電阻抑制浪涌電流，最后介紹熱敏電阻在實際應(yīng)用中應(yīng)如何選型。
開機(jī)浪涌電流產(chǎn)生的原因

圖1是典型的電子產(chǎn)品電源部分簡化電路，C1是與負(fù)載并聯(lián)的濾波電容。在開機(jī)上電的瞬間，電容電壓不能突變，因此會產(chǎn)生一個很大的充電電流。根據(jù)一階電路零狀態(tài)響應(yīng)模型所建立的一階線性非齊次方程可以求出其電流初始值相當(dāng)于把濾波電容短路而得到的電流值。這個電流就是我們常說的輸入浪涌電流，它是在對濾波電容進(jìn)行初始充電時產(chǎn)生的，其大小取決于啟動上電時輸入電壓的幅值以及由橋式整流器和電解電容其所形成的回路的總電阻。

圖1 電源示意圖

假設(shè)輸入電壓V1為220Vac，整個電網(wǎng)內(nèi)阻（含整流橋和濾波電容）Rs=1Ω,若正好在電源輸入波形達(dá)到90度相位的時候開機(jī)，那么開機(jī)瞬間浪涌電流的峰值將達(dá)到I=220×1.414/1=311(A)。這個浪涌電流雖然時間很短,但如果不加以抑制，會減短輸入電容和整流橋的壽命,還可能造成輸入電源電壓的降低，讓使用同一輸入電源的其它動力設(shè)備瞬間掉電，對臨近設(shè)備的正常工作產(chǎn)生干擾。

浪涌電流的抑制

浪涌電流的抑制方法有很多，一般中小功率電源中采用電阻限流的辦法抑制開機(jī)浪涌電流。圖2是一個常見的110V/220V雙輸入電源示意圖，以此為例，我們分析一下如何使用NTC熱敏電阻進(jìn)行浪涌電流的抑制。

圖2 110/220Vac雙輸入電源示意圖

NTC熱敏電阻，即負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，其特性是電阻值隨著溫度的升高而呈非線性的下降。NTC在應(yīng)用上一般分為測溫?zé)崦綦娮韬凸β市蜔崦綦娮瑁�用于抑制浪涌�?/span>NTC熱敏電阻指的就是功率型熱敏電阻器。

圖2中R1~R4為熱敏電阻浪涌抑制器通常放置的位置。對于同時兼容110Vac和220Vac輸入的雙電壓輸入產(chǎn)品，應(yīng)該在R1和R2位置同時放兩個NTC熱敏電阻，這樣可使在110Vac輸入連接線連接時和220Vac輸入連接線斷開時的沖擊電流大小一致，也可單獨在R3或R4處放置一個NTC熱敏電阻。對于只有220Vac輸入的單電壓產(chǎn)品，只需在R3或R1位置放1個NTC熱敏電阻即可。

其工作原理如下：

在常溫下，NTC熱敏電阻具有較高的電阻值（一般選用5Ω或10Ω），即標(biāo)稱零功率電阻值。參考圖1的例子，串接10ΩNTC時，開機(jī)浪涌電流為：I=220×1.414/(1+10)= 28(A)，比未使用NTC熱敏電阻時的311A降低了10倍，有效的起到了抑制浪涌電流的作用。

開機(jī)后，由于NTC熱敏電阻迅速發(fā)熱、溫度升高，其電阻值會在毫秒級的時間內(nèi)迅速下降到一個很小的級別，一般只有零點幾歐到幾歐的大小，相對于傳統(tǒng)的固定阻值限流電阻而言，這意味著電阻上的功耗因為阻值的下降隨之降低了幾十到上百倍，因此這種設(shè)計非常適合對轉(zhuǎn)換效率和節(jié)能有較高要求的產(chǎn)品，如開關(guān)電源。

斷電后，NTC熱敏電阻隨著自身的冷卻，電阻值會逐漸恢復(fù)到標(biāo)稱零功率電阻值，恢復(fù)時間需要幾十秒到幾分鐘不等。下一次啟動時，又按上述過程循環(huán)。

改進(jìn)型電源設(shè)計

上述使用NTC浪涌抑制器的電路與使用固定電阻的電路相比，已經(jīng)具備了節(jié)能的特性。對于某些特殊的產(chǎn)品，如工業(yè)產(chǎn)品，有時客戶會提出如下要求：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(lián)了NTC熱敏電阻的電源電路能適應(yīng)循環(huán)開關(guān)的應(yīng)用條件？

對于第1、2兩點，因為NTC熱敏電阻的主要作用是抑制浪涌，產(chǎn)品正常啟動后它所消耗的能量是我們不需要的，如果有一種可行的辦法能將NTC熱敏電阻從正常工作的電路中切斷，就可以滿足這種要求。

對于第3點，首先分析為什么使用了NTC熱敏電阻的產(chǎn)品不能頻繁開關(guān)。從電路工作原理的分析我們可以看到，在正常工作狀態(tài)下，是有一定電流通過NTC熱敏電阻的，這個工作電流足以使NTC的表面溫度達(dá)到100℃～200℃。當(dāng)產(chǎn)品關(guān)斷時，NTC熱敏電阻必須要從高溫低阻狀態(tài)完全恢復(fù)到常溫高阻狀態(tài)才能達(dá)到與上一次同等的浪涌抑制效果。這個恢復(fù)時間與NTC熱敏電阻的耗散系數(shù)和熱容有關(guān)，工程上一般以冷卻時間常數(shù)作為參考。所謂冷卻時間常數(shù)，指的是在規(guī)定的介質(zhì)中，NTC熱敏電阻自熱后冷卻到其溫升的63.2％所需要的時間（單位為秒）。冷卻時間常數(shù)并不是NTC熱敏電阻恢復(fù)到常態(tài)所需要的時間，但冷卻時間常數(shù)越大，所需要的恢復(fù)時間就越長，反之則越短。

在上述思路的指導(dǎo)下，產(chǎn)生了圖3的改進(jìn)型電路。產(chǎn)品上電瞬間，NTC熱敏電阻將浪涌電流抑制到一個合適的水平，之后產(chǎn)品得電正常工作，此時繼電器線圈從負(fù)載電路得電后動作，將NTC熱敏電阻從工作電路中切去。這樣，NTC熱敏電阻僅在產(chǎn)品啟動時工作，而當(dāng)產(chǎn)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，能適用于需要頻繁開關(guān)的應(yīng)用場合。

圖3 帶繼電器旁路電路的電源設(shè)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要點：

最大額定電壓和濾波電容值

濾波電容的大小決定了應(yīng)該選用多大尺寸的NTC。對于某個尺寸的NTC熱敏電阻來說，允許接入的濾波電容的大小是有嚴(yán)格要求的，這個值也與最大額定電壓有關(guān)。在電源應(yīng)用中，開機(jī)浪涌是因為電容充電產(chǎn)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熱敏電阻承受浪涌電流的能力。對于某一個具體的NTC熱敏電阻來說，所能承受的最大能量已經(jīng)確定了，根據(jù)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(chǎn)品的規(guī)范一般定義了在220Vac下允許接入的最大電容值。假設(shè)某應(yīng)用條件最大額定電壓是420Vac，濾波電容值為200μF，根據(jù)上述能量公式可以折算出在220Vac下的等效電容值應(yīng)為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于729μF的型號。

產(chǎn)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(chǎn)品允許的最大啟動電流值決定了NTC熱敏電阻的阻值。假設(shè)電源額定輸入為220Vac，內(nèi)阻為1Ω，允許的最大啟動電流為60A，那么選取的NTC在初始狀態(tài)下的最小阻值為Rmin=(220×1.414/60)-1=4.2(Ω)。至此，滿足條件的NTC熱敏電阻一般會有一個或多個，此時再按下面的方法進(jìn)行選擇。

產(chǎn)品正常工作時，長期加載在NTC熱敏電阻上的電流應(yīng)不大于規(guī)格書規(guī)定的電流。根據(jù)這個原則可以從阻值大于4.2Ω的多個電阻中挑選出一個適合的阻值。當(dāng)然這指的是在常溫情況下。如果工作的環(huán)境溫度不是常溫，就需要按下文提到的原則來進(jìn)行NTC熱敏電阻的降額設(shè)計。

NTC熱敏電阻的工作環(huán)境

由于NTC熱敏電阻受環(huán)境溫度影響較大，一般在產(chǎn)品規(guī)格書中只給出常溫下（25℃）的阻值，若產(chǎn)品應(yīng)用條件不是在常溫下，或因產(chǎn)品本身設(shè)計或結(jié)構(gòu)的原因，導(dǎo)致NTC熱敏電阻周圍環(huán)境溫度不是常溫的時候，必須先計算出NTC在初始狀態(tài)下的阻值才能進(jìn)行以上步驟的選擇。

當(dāng)環(huán)境溫度過高或過低時，必須根據(jù)廠家提供的降功耗曲線進(jìn)行降額設(shè)計。將功耗曲線一般有兩種形式，如圖4所示。

圖4 降功耗曲線
對曲線a，允許的最大持續(xù)工作電流可用以下公式表示：

對曲線b，允許的最大持續(xù)工作電流可用以下公式表示：

事實上，不少生產(chǎn)廠家都對自己的產(chǎn)品定義了環(huán)境溫度類別，在實際應(yīng)用中，應(yīng)盡量使NTC熱敏電阻工作的環(huán)境溫度不超出廠家規(guī)定的上/下限溫度。同時，應(yīng)注意不要使其工作在潮濕的環(huán)境中，因為過于潮濕的環(huán)境會加速NTC熱敏電阻的老化。

如何改善NTC熱敏電阻的產(chǎn)品不能頻繁開關(guān)的問題



為什么使用了NTC熱敏電阻的產(chǎn)品不能頻繁開關(guān)?下面是他們的簡要分析與改善。

簡要分析

我們可以在電路工作原理的分析中看到，有使用到NTC熱敏電阻的產(chǎn)品，在正常工作狀態(tài)下，是有一定電流通過NTC熱敏電阻的，這個工作電流足以使NTC的表面溫度達(dá)到100℃～200℃。當(dāng)產(chǎn)品關(guān)斷時，NTC熱敏電阻必須要從高溫低阻狀態(tài)完全恢復(fù)到常溫高阻狀態(tài)才能達(dá)到與上一次同等的浪涌抑制效果。這個恢復(fù)時間與NTC熱敏電阻的耗散系數(shù)和熱容有關(guān)，工程上一般以冷卻時間常數(shù)作為參考。所謂冷卻時間常數(shù)，指的是在規(guī)定的介質(zhì)中，NTC熱敏電阻自熱后冷卻到其溫升的63.2％所需要的時間（單位為秒）。冷卻時間常數(shù)并不是NTC熱敏電阻恢復(fù)到常態(tài)所需要的時間，但冷卻時間常數(shù)越大，所需要的恢復(fù)時間就越長，反之則越短。

如何改善

在上述思路的指導(dǎo)下，產(chǎn)品上電瞬間，NTC熱敏電阻將浪涌電流抑制到一個合適的水平，之后產(chǎn)品得電正常工作，此時繼電器線圈從負(fù)載電路得電后動作，將NTC熱敏電阻從工作電路中切去。這樣，NTC熱敏電阻僅在產(chǎn)品啟動時工作，而當(dāng)產(chǎn)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，能適用于需要頻繁開關(guān)的應(yīng)用場合。

通過以上分析可以看出，對于需要頻繁開關(guān)的應(yīng)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復(fù)到初始狀態(tài)下的電阻。在產(chǎn)品選型上，要根據(jù)最大額定電壓和濾波電容值選定產(chǎn)品系列，根據(jù)產(chǎn)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(huán)境的溫度，適當(dāng)進(jìn)行降額設(shè)計。

結(jié)論

通過以上分析可以看出，在電源設(shè)計中使用NTC熱敏電阻型浪涌抑制器，其抑制浪涌電流的能力與普通電阻相當(dāng)，而在電阻上的功耗則可降低幾十到上百倍。對于需要頻繁開關(guān)的應(yīng)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復(fù)到初始狀態(tài)下的電阻。在產(chǎn)品選型上，要根據(jù)最大額定電壓和濾波電容值選定產(chǎn)品系列，根據(jù)產(chǎn)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(huán)境的溫度，適當(dāng)進(jìn)行降額設(shè)計。  

功率型NTC熱敏電阻的選型三要素

最大額定電壓和濾波電容值

產(chǎn)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

NTC熱敏電阻的工作環(huán)境

首先看最大額定電壓和濾波電容值

濾波電容的大小決定了應(yīng)該選用多大尺寸的NTC。對于某個尺寸的NTC熱敏電阻來說，允許接入的濾波電容的大小是有嚴(yán)格要求的，這個值也與最大額定電壓有關(guān)。在電源應(yīng)用中，開機(jī)浪涌是因為電容充電產(chǎn)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熱敏電阻承受浪涌電流的能力。對于某一個具體的NTC熱敏電阻來說，所能承受的最大能量已經(jīng)確定了，根據(jù)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。

其次產(chǎn)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(chǎn)品允許的最大啟動電流值決定了NTC熱敏電阻的阻值。假設(shè)電源額定輸入為220Vac，內(nèi)阻為1Ω，允許的最大啟動電流為60A，那么選取的NTC在初始狀態(tài)下的最小阻值為Rmin=(220×1.414/60)-1=4.2(Ω)。至此，滿足條件的NTC熱敏電阻一般會有一個或多個，再按下面的方法進(jìn)行選擇。

產(chǎn)品正常工作時，長期加載在NTC熱敏電阻上的電流應(yīng)不大于規(guī)格書規(guī)定的電流。根據(jù)這個原則可以從阻值大于4.2Ω的多個電阻中挑選出一個適合的阻值。當(dāng)然這指的是在常溫情況下。如果工作的環(huán)境溫度不是常溫，就需要按下文提到的原則來進(jìn)行NTC熱敏電阻的降額設(shè)計。

最后是NTC熱敏電阻的工作環(huán)境

由于NTC熱敏電阻受環(huán)境溫度影響較大，一般在產(chǎn)品規(guī)格書中只給出常溫下（25℃）的阻值，若產(chǎn)品應(yīng)用條件不是在常溫下，或因產(chǎn)品本身設(shè)計或結(jié)構(gòu)的原因，導(dǎo)致NTC熱敏電阻周圍環(huán)境溫度不是常溫的時候，必須先計算出NTC在初始狀態(tài)下的阻值才能進(jìn)行以上步驟的選擇。

當(dāng)環(huán)境溫度過高或過低時，必須根據(jù)廠家提供的降功耗曲線進(jìn)行降額設(shè)計。

事實上，不少生產(chǎn)廠家都對自己的產(chǎn)品定義了環(huán)境溫度類別，在實際應(yīng)用中，應(yīng)盡量使NTC熱敏電阻工作的環(huán)境溫度不超出廠家規(guī)定的上/下限溫度。同時，應(yīng)注意不要使其工作在潮濕的環(huán)境中，因為過于潮濕的環(huán)境會加速NTC熱敏電阻的老化。