电流控制与浪涌电流限制器相结合

接线图 2025年02月15日 13:02 13 admin

当保险丝和组件接通时，高功率负载是一个主要的应力因素，因为它们会产生非常高的电流。为了避免这种情况，TDK 提供了基于NTC 和 PTC 热敏电阻的陶瓷爱普科斯 (EPCOS) 浪涌电流限制器 (ICL) ——组合使用时的强大组合。

当电源、变频器或车载充电器等高功率负载通电时，会在短时间内产生数倍于额定电流的电流。这可能会导致不良影响，例如保险丝跳闸，甚至损坏系统。

特别是，有两种类型的负载会产生高浪涌电流：第一种类型包括电机和变压器等感性负载，它们需要非常高的电流才能产生磁场。第二组由直流链路中的高电容电容器组成，它们在连接时产生非常高的充电电流，这对电容器本身以及整流器来说是一个相当大的应力因素。

图 1 显示了使用和不使用浪涌电流限制器 (ICL) 时的电流。

图 1. 没有浪涌电流限制（红色）和有浪涌电流限制（绿色）的整流器中的电流。

最简单的方法是使用低欧姆功率电阻器来限制浪涌电流。然而，这确实有一个缺点，即在正常模式下，这些电阻器上会出现不容忽视的功率损耗。一个更好的解决方案是使用热敏电阻作为 ICL。 NTC 或 PTC 热敏电阻具有不同的热特性，因此提供不同的使用可能性，用于此目的。

充分利用这些组件的所有优势的一种方法是将它们组合使用。首先，让我们看一下NTC热敏电阻。

采用 NTC 热敏电阻的优雅解决方案

限制高输入侧浪涌电流的一种非常优雅的解决方案是使用 EPCOS NTC 热敏电阻。

功能原理：这些陶瓷元件是与温度相关的电阻器，其阻值随着温度升高而下降。在室温 (25°C) 下，它们表现出特定的电阻值 (R25)，可限制浪涌电流。当电流继续流过组件时，它会升温，电阻会降至非常低的值，根据类型的不同，该值可能远低于 1 欧姆。额定电流下的损耗相应较低。

图 2 显示了各种 NTC ICL 相对于温度的典型电阻特性曲线。

图 2b。 NTC浪涌电流限制器，启动电阻R25为10Ω。

NTC ICL 的选择标准

确定合适的 NTC 热敏电阻的两个最重要的标准是初始电阻 (R25) 和最大电流。首先，确定所需的R25。它必须选择足够高，以便通过将其与负载串联，将电流限制在不会导致保险丝跳闸的值，并且不会损坏负载的组件（例如整流器）。

图 4. ICL 的时间控制旁路电路。

旁路电路的响应时间由R1和C1的时间常数以及齐纳二极管的值决定。在示例电路中，继电器在大约 3 或 4 秒后响应——具体取决于组件的容差。

在所使用的继电器（24 V DC，8 A AC）上，线圈的保持电压约为 0.5 UN。由于C2的充电电流，继电器在C2充电后响应并以额定电压的一半工作，这使得电流需求减半。特别是如果负载具有高额定电流，则该电路的功率需求小于连续电流流过NTC热敏电阻所造成的损耗。

图 6. 采用封装式和标准盘式设计的 PTC 热敏电阻。

通过 PTC 热敏电阻对电容器进行可靠充电

直流母线电路中的高电容电容器和电容器组在接通时表现为短路。为了在这里实现可靠的限流，应使用PTC热敏电阻代替固定电阻。

高电流导致这些元件升温，并且与 NTC 热敏电阻相反，变得高欧姆，这使得它们具有本质安全性。这种行为的优点是，在直流链路短路的情况下，电流被限制在无害的值，这是固定电阻器无法提供的。图 5 显示了带有 PTC 热敏电阻的三相系统的直流链路电路，该系统例如用于变频器。

对于直流母线电路，TDK 提供一系列特殊 PTC 热敏电阻，设计用于 260 V DC 和 560 V DC 之间的电压，在 25 °C 时提供 22 Ω 到 1100 Ω 之间的电阻，并且根据其类型，具有合规认证通过 UL、IECQ 和 VDE 认证，并符合 AEC-Q200 标准。

特别是在电容器组较大的情况下，应注意不要超过 PTC 热敏电阻的最大热容和最大允许温度。通过并联 PTC ICL 可以实现必要的热容。所需的最小组件数量计算如下：

电流控制与浪涌电流限制器相结合第5张

在哪里：

n – 所需 PTC 元件的数量
k – 系数取决于电源（对于直流，k = 1；对于三相整流器，k=0.96；对于单相整流器，k = 0.76）
C – F 中直流母线电容器的电容
V – 电容器的最大充电电压，单位为 V
Cth – PTC 热敏电阻的热电容
TRef – 所用 PTC 热敏电阻的参考温度
TAmax – 最高环境温度

在正常操作中，在对直流母线电容器充电后，必须将 PTC ICL 或并联的多个 PTC ICL 旁路，以免产生任何功率损耗。但是，如果直流链路中存在短路（可能是由损坏的电容器引起的），则不得有旁路。

因此，旁路电路最重要的参数是直流母线电压。如果充电后达到设定值，则没有故障；另一方面，如果它在较长时间内保持在非常低的值，则存在短路。这样可以轻松实现比较器电路，该电路仅在直流链路充电后绕过 PTC 热敏电阻（图 7）。

图 7. PTC 热敏电阻的电压控制旁路。

功能说明：比较器的反相输入由齐纳二极管 ZPD3.9 控制。只要向同相输入施加小于 3.9V 的电压，输出端就会出现几乎为 0V 的电压，并且 T1 会阻塞继电器。

仅当通过分压器 R1/R2 至 R2 施加超过 3.9 V 的电压时，输出端的比较器才会跳至正电位，并且 T1 会切换继电器，导致 PTC 热敏电阻被旁路。分压器 R1/R2 的尺寸应确保继电器在额定直流母线电压的 80% 左右进行切换。

由于直流母线电压可能高达数百伏，因此 R1 和 R2 必须使用高阻抗类型。例如，额定直流母线电压为 500 V DC 时，在 400 V DC 时达到 80% 的值。此时，R1 的值约为 990 kΩ，R2 的值约为 10 kΩ。压敏电阻和齐纳二极管 ZPD12 用于保护比较器的同相输入免受过压影响。