NTC熱敏電阻認識及功率型熱敏電阻選型


-------------------記公司一款已經量產的產品,在最新加工的批次上出現:剛上電就炸毀功率型熱敏電阻的問題-------------------------

************寫在前面****************

>>>零功率電阻值RT(Ω)

RT指在規定溫度T時,采用引起電阻值變化相對與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NTC熱敏電阻阻值

T:規定溫度(K)

B:NTC熱敏電阻的材料常數,又叫熱敏指數

exp:以自然數e為底的指數(e=2.71828)

>>>額定零功率電阻值R25(Ω)

根據國標規定,額定零功率電阻阻值是NTC熱敏電阻在基准溫度25°C時測得的電阻值R25,這個電阻值就是NTC熱敏電阻的標稱阻值。通常所說NTC熱敏電阻多少阻值,亦稱該值。

>>>材料常數(熱敏指數)B值(K)

B值被定義為:

B = [T1*T2/(T2-T1)]*ln(Rt1/Rt2)

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)

備注:對於常用的NTC熱敏電阻,B值范圍一般在2000K~6000K之間。

B值越大,殘余電阻越小,工作時溫升越小。

>>>熱時間常數(τ)

在零功率條件下,當溫度突變時,熱敏電阻的溫度變化了始末兩個溫度差的63.2%時所需的時間,熱時間常數與NTC熱敏電阻的熱容量成正比,與其耗散系數成反比。

τ=C/δ

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

 

--------------------------功率型NTC熱敏電阻的選型三要素

A、最大額定電壓和濾波電容值

>>>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該選用多大尺寸的NTC。對於某個尺寸的NTC熱敏電阻來說,允許接入的濾波電容的大小是有嚴格要求的,這個值也與最大額定電壓有關。在電源應用中,開機浪涌是因為電容充電產生的,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。對於某一個具體的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。

B、產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

>>>其次產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品允許的最大啟動電流值決定了NTC熱敏電阻的阻值。假設電源額定輸入為220Vac,內阻為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,再按下面的方法進行選擇。產品正常工作時,長期加載在NTC熱敏電阻上的電流應不大於規格書規定的電流。根據這個原則可以從阻值大於4.2Ω的多個電阻中挑選出一個適合的阻值。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,就需要進行NTC熱敏電阻的降額設計。

C、NTC熱敏電阻的工作環境

 >>>由於NTC熱敏電阻受環境溫度影響較大,一般在產品規格書中只給出常溫下(25℃)的阻值,若產品應用條件不是在常溫下,或因產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。

 

////////////////////////////////////////////項目使用//////////////////////////////////////////////////////

SL15 47003(以下簡稱SL15)是目前我們產品上熱敏電阻的型號。

基本條件:保險絲、繼電器已定;保險絲額定8A,浪涌電流與充電時間有關,按照4s(繼電器短時浪涌電流通常以4s為測試條件)計算約為:9.3A(i^2*t保險絲平衡計算);我司繼電器額定電流16A@250VAC,切換電流保守計算It=16A*65%=10.4A(繼電器浪涌電流:常規計算為:Is=150%*Ir@4S),因此有:該電路最大允許的浪涌電流為:9.3A(取繼電器、保險絲的最小允許值);
最大峰值電壓:Vp=Urms*1.414≈220V*1.414=311V;
計算限流電阻或者熱敏電阻初始值最小滿足值:R0≥Vp/imax=311V/9.3A→R0=34R(SL15,R0=47R±20%@25℃);
備注:SL15的典型阻值為47R,大於34R,是符合理論計算的;
最大負載電容計算:Cmax=470uF*3≈1.41mF;
熱敏電阻最小所需容量計算:Q=0.5*C*Vp^2=0.5*1.41mF*311V^2≈69J(SL15,MaxRec_EnergyRating=50J,Actual Energy Failure=100J);
備注:SL15的額定容量值是50J,而我們的容量值為69J,但SL15的損壞容量是100J,是大於69J的;當然,此處顯得SL15所留的余量偏少;

綜合所得:SL15熱敏電阻滿足理論選型;但如果是熱啟動,還需要額外考慮,MaxRec_EnergyRating≥69J;


以上參數均按照額定標稱值計算,如需考慮電網波動、元器件參數誤差等條件,需計算上各自的補償系數;如下:

        ①基本條件:保險絲、繼電器已定;保險絲額定8A,浪涌電流與充電時間有關,按照4s(繼電器短時浪涌電流通常以4s為測試條件)計算約為:9.3A(如果按照100ms或者1s,則允許浪涌電流更大);我司繼電器額定電流16A@250VAC,切換電流保守計算It=16A*65%=10.4A(常規計算:額定電流Ir*75%)(繼電器浪涌電流:常規計算為:Is=150%*Ir@4S),因此有: 該電路最大允許的浪涌電流為:9.3A
        ②最大峰值電壓:Vp=Urms*1.414*波動系數kp1≈220V*1.414*1.2=373V;
        ③計算限流電阻或者熱敏電阻初始值 最小滿足值:R0*誤差系數Kp2≥Vp/imax=373V/9.3A→R0= 50R;(左右即可:因為在計算過程留了20%以上的余量,稍微偏差不影響);
        ④最大負載電容計算:Cmax=470uF*3*1.15(誤差系數)≈1.62mF;
        ⑤熱敏電阻最小所需容量計算:Q=0.5*C*Vp^2=0.5*1.62mF*373^2≈ 112J
 
        綜合所得:熱敏電阻需要滿足: 50R±20%或者50R±25%@25℃,MaxRec_EnergyRating≥112J
        如果為了保守,或者更多年限,以及廠家內控余量(國產等),建議: 50R±20%或者50R±25%@25℃,MaxRec_EnergyRating≥112J*2=224J

 

----------------------------------------------附錄----------------------Ametherm熱敏電阻的材料與Beta對應表-----------------------------------------

 


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