閻家光

摘要

在硬件電路設(shè)計(jì)中，利用熱敏電阻負(fù)溫度特性，在電路回路中抑制啟動(dòng)電流過大導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常啟動(dòng)的故障現(xiàn)象，使電路能工正常工作。

【關(guān)鍵詞】熱敏電阻 NTC負(fù)溫度系數(shù) 啟動(dòng)電流 過流保護(hù)

1 引言

對(duì)于做硬件的工程師，在日常工作時(shí)，或多或少都會(huì)在設(shè)計(jì)調(diào)試過程中碰到或認(rèn)識(shí)到一種令人頭疼的現(xiàn)象：系統(tǒng)的工作電流都會(huì)遠(yuǎn)小于其啟動(dòng)電流，在剛上電瞬間，電流過大導(dǎo)致無法正常啟動(dòng)。但是設(shè)計(jì)者當(dāng)初所設(shè)計(jì)的給負(fù)載供電的電源電流是滿足負(fù)載工作電流大小并且還有50%或者100%的余量，也就是說負(fù)載完全能正常地工作而不會(huì)存在任何的電源問題。但是，在加電的過程中，經(jīng)常或看到：在上電一瞬間，電源會(huì)出現(xiàn)過流而發(fā)生保護(hù)的現(xiàn)象，導(dǎo)致模塊電源無法正常輸出。

2 故障原因

究其原因，考慮到電容的基本屬性和繼電器吸合時(shí)對(duì)電流的影響，一般認(rèn)為是因?yàn)橛羞@兩種元器件的存在使得啟動(dòng)電流過大，導(dǎo)致電源模塊發(fā)生保護(hù)：電容器和繼電器。

2.1 電容器

電容兩端電壓不能突變，這是電容器的特點(diǎn)之一。根據(jù)公式：Uc=Q/C，電容器端電壓的上升要靠電荷的積累，在電源接通瞬間，電容器沒有電荷，在直流電路中處于剛要充電狀態(tài)，電壓為零，相當(dāng)于電容器瞬間短路，因此，瞬間電流相當(dāng)大，遠(yuǎn)超出系統(tǒng)的工作電流，導(dǎo)致電源模塊過流保護(hù)。

2.2 繼電器因素

繼電器的內(nèi)部構(gòu)造一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成。當(dāng)在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)路過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力的吸引作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用下返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)釋放。通過這樣的吸合、釋放動(dòng)作，從而達(dá)到在電路中的通斷、切斷的目的。

印制板上電的一瞬間，電流通過繼電器，導(dǎo)致銜鐵與鐵芯吸合。由廠家給出的繼電器的電流曲線可見，在繼電器導(dǎo)通的瞬間，瞬間電流達(dá)到工作電流的十幾倍甚至幾十倍，這也是導(dǎo)致電源發(fā)生過流保護(hù)的原因。

3 解決思路

3.1 歐姆定律

在電路回路中，由歐姆定律I=U/R可知，電流的大小和電壓成正比，和電阻成反比。當(dāng)I過大時(shí)，可以通過在回路中串接電阻RL‘來增加整體負(fù)載電阻值，從而減小回路的啟動(dòng)電流，到達(dá)不觸發(fā)模塊的過流保護(hù)狀態(tài)。但是這樣有一個(gè)問題就是：當(dāng)回路電流流過增加的電阻RL‘上時(shí)，它要產(chǎn)生電壓降，從而分去供給負(fù)載RL的供電電壓，其結(jié)果就是有可能負(fù)載因?yàn)楣╇婋妷旱投荒苷９ぷ鳌?/p>

如何解決以上矛盾，使得串入的電阻載既能降低啟動(dòng)電流，又能不分去或較少地分去負(fù)載的工作電壓呢？答案就是使用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻替代電阻。

3.2 熱敏電阻

熱敏電阻器是敏感元件的一類，是一種傳感器電阻。它隨著溫度的變化而改變，與一般的固定電阻不同。屬于可變電阻的一類，廣泛應(yīng)用于各種電子元器件中。熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對(duì)溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）。正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時(shí)電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時(shí)電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。

NTC熱敏電阻的阻值（RT）與熱力學(xué)溫度（T）的典型關(guān)系曲線如下圖5所示，可見隨著溫度的升高，RT迅速減小。

上述關(guān)系可采用下式的指數(shù)關(guān)系表示。

其中，式中RT0為熱敏電阻在溫度T0（熱力學(xué)溫度）下的阻值，B為熱敏指數(shù)，與熱敏電阻的半導(dǎo)體材料和加工工藝有關(guān)。

4 試驗(yàn)后結(jié)論

4.1 試驗(yàn)

通過實(shí)際試驗(yàn)可知，在串入了負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻后，電源負(fù)載Rload增大，電路回路在上電啟動(dòng)瞬間，啟動(dòng)電流小減?。ㄐ∮诠ぷ麟娏鳎┑较到y(tǒng)能夠正常啟動(dòng)，隨著熱敏電阻的發(fā)熱，其電阻值迅速減小，工作電流迅速回歸正常大小，回路趨于正常工作狀態(tài)。

4.2 結(jié)論

基于負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的特性，選擇合適的阻值，然后將之串聯(lián)在系統(tǒng)電路回路中，能夠有效抑制并解決啟動(dòng)電流過大給電路回路帶來過流保護(hù)的故障現(xiàn)象，并且不會(huì)給系統(tǒng)電路帶來其他的副作用。

參考文獻(xiàn)

[1]招惠玲，秦淑娟.熱敏電阻器溫度特性曲線的線性化[J].傳感器與微系統(tǒng)，2003，22（07）：47-49.

[2]馬啟田，張濤，區(qū)潔珍.熱敏電阻R/T（阻溫特性）試驗(yàn)機(jī)高效優(yōu)化解決方案[J].江西化工，2016（03）：121-123.

[3]李旭瓊，張廷玖，駱穎，劉心宇.高溫NTC熱敏電阻材料的研究進(jìn)展[J].電子元件與材料，2015（12）：7-9+19.

[4]劉燕儒.高溫NTC熱敏電阻的研究[D].西安電子科技大學(xué)，2015.

[5]蔡磊，王贊超，荊游.NTC熱敏電阻摻雜后對(duì)電性能的影響[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015（18）：247—248.

[6]崔洋，彭吉，于淼，李佩玥.負(fù)溫度系數(shù)的工業(yè)熱敏電阻溫度傳感器測量誤差的不確定度評(píng)定[J].電子測量技術(shù)，2014（08）：104-106+111.

[7]譚育新，謝春林，蔡恩培，林濤.負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料的等靜壓制研究[J].粉末冶金工業(yè)，2014（02）：16-20.

[8]陳東州.抑制浪涌電流用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器的研究[D].電子科技大學(xué)，2013.

[9]楊濤.高溫NTC熱敏陶瓷材料的研究[D].電子科技大學(xué)，2013.

[10]波建形.捧雜對(duì)Mn-Co-Ni-0及Mn-Ni-Cu-0系NTC熱敏陶瓷電性能的影響研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2013.