NTC热敏电阻认识及功率型热敏电阻选型

-------------------记公司一款已经量产的产品，在最新加工的批次上出现：刚上电就炸毁功率型热敏电阻的问题-------------------------

************写在前面****************

>>>零功率电阻值RT（Ω）

RT指在规定温度T时，采用引起电阻值变化相对与总的测量误差来说可以忽略不计的测量功率测得的电阻值。

电阻值和温度变化的关系式为：RT=RN expB(1/T-1/TN)

RT：在温度T（K）时的NTC热敏电阻阻值

RN：在额定温度TN（K）时NTC热敏电阻阻值

T：规定温度（K）

B：NTC热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数

exp：以自然数e为底的指数（e=2.71828）

>>>额定零功率电阻值R25（Ω）

根据国标规定，额定零功率电阻阻值是NTC热敏电阻在基准温度25°C时测得的电阻值R25，这个电阻值就是NTC热敏电阻的标称阻值。通常所说NTC热敏电阻多少阻值，亦称该值。

>>>材料常数（热敏指数）B值（K）

B值被定义为：

B = [T1*T2/（T2-T1）]*ln（Rt1/Rt2）

Rt1：温度T1（K）时的零功率电阻值

Rt2：温度T2（K）时的零功率电阻值

T1，T2：两个被指定的温度（K）

备注：对于常用的NTC热敏电阻，B值范围一般在2000K~6000K之间。

B值越大，残余电阻越小，工作时温升越小。

>>>热时间常数（τ）

在零功率条件下，当温度突变时，热敏电阻的温度变化了始末两个温度差的63.2%时所需的时间，热时间常数与NTC热敏电阻的热容量成正比，与其耗散系数成反比。

τ=C/δ

τ：热时间常数（ S ）。 
C： NTC 热敏电阻的热容量。 
δ： NTC 热敏电阻的耗散系数。

--------------------------功率型NTC热敏电阻的选型三要素

A、最大额定电压和滤波电容值

>>>首先看最大额定电压和滤波电容值。滤波电容的大小决定了应该选用多大尺寸的NTC。对于某个尺寸的NTC热敏电阻来说，允许接入的滤波电容的大小是有严格要求的，这个值也与最大额定电压有关。在电源应用中，开机浪涌是因为电容充电产生的，因此通常用给定电压值下的允许接入的电容量来评估NTC热敏电阻承受浪涌电流的能力。对于某一个具体的NTC热敏电阻来说，所能承受的最大能量已经确定了，根据一阶电路中电阻的能量消耗公式E=1/2×CV2可以看出，其允许的接入的电容值与额定电压的平方成反比。简单来说，就是输入电压越大，允许接入的最大电容值就越小，反之亦然。

B、产品允许的最大启动电流值和长期加载在NTC热敏电阻上的工作电流

>>>其次产品允许的最大启动电流值和长期加载在NTC热敏电阻上的工作电流电子产品允许的最大启动电流值决定了NTC热敏电阻的阻值。假设电源额定输入为220Vac，内阻为1Ω，允许的最大启动电流为60A，那么选取的NTC在初始状态下的最小阻值为Rmin=(220×1.414/60)-1=4.2(Ω)。至此，满足条件的NTC热敏电阻一般会有一个或多个，再按下面的方法进行选择。产品正常工作时，长期加载在NTC热敏电阻上的电流应不大于规格书规定的电流。根据这个原则可以从阻值大于4.2Ω的多个电阻中挑选出一个适合的阻值。当然这指的是在常温情况下。如果工作的环境温度不是常温，就需要进行NTC热敏电阻的降额设计。

C、NTC热敏电阻的工作环境

>>>由于NTC热敏电阻受环境温度影响较大，一般在产品规格书中只给出常温下（25℃）的阻值，若产品应用条件不是在常温下，或因产品本身设计或结构的原因，导致NTC热敏电阻周围环境温度不是常温的时候，必须先计算出NTC在初始状态下的阻值才能进行以上步骤的选择。

////////////////////////////////////////////项目使用//////////////////////////////////////////////////////

SL15 47003（以下简称SL15）是目前我们产品上热敏电阻的型号。

基本条件：保险丝、继电器已定；保险丝额定8A，浪涌电流与充电时间有关，按照4s（继电器短时浪涌电流通常以4s为测试条件）计算约为：9.3A（i^2*t保险丝平衡计算）；我司继电器额定电流16A@250VAC，切换电流保守计算It=16A*65%=10.4A(继电器浪涌电流：常规计算为：Is=150%*Ir@4S)，因此有：该电路最大允许的浪涌电流为：9.3A（取继电器、保险丝的最小允许值）；
最大峰值电压：Vp=Urms*1.414≈220V*1.414=311V；
计算限流电阻或者热敏电阻初始值最小满足值：R0≥Vp/imax=311V/9.3A→R0=34R（SL15，R0=47R±20%@25℃）；
备注：SL15的典型阻值为47R，大于34R，是符合理论计算的；
最大负载电容计算：Cmax=470uF*3≈1.41mF；
热敏电阻最小所需容量计算：Q=0.5*C*Vp^2=0.5*1.41mF*311V^2≈69J（SL15，MaxRec_EnergyRating=50J，Actual Energy Failure=100J）；
备注：SL15的额定容量值是50J，而我们的容量值为69J，但SL15的损坏容量是100J，是大于69J的；当然，此处显得SL15所留的余量偏少；

综合所得：SL15热敏电阻满足理论选型；但如果是热启动，还需要额外考虑，MaxRec_EnergyRating≥69J；

以上参数均按照额定标称值计算，如需考虑电网波动、元器件参数误差等条件，需计算上各自的补偿系数；如下：

        ①基本条件：保险丝、继电器已定；保险丝额定8A，浪涌电流与充电时间有关，按照4s（继电器短时浪涌电流通常以4s为测试条件）计算约为：9.3A（如果按照100ms或者1s，则允许浪涌电流更大）；我司继电器额定电流16A@250VAC，切换电流保守计算It=16A*65%=10.4A（常规计算：额定电流Ir*75%）(继电器浪涌电流：常规计算为：Is=150%*Ir@4S)，因此有：该电路最大允许的浪涌电流为：9.3A；

        ②最大峰值电压：Vp=Urms*1.414*波动系数kp1≈220V*1.414*1.2=373V；

        ③计算限流电阻或者热敏电阻初始值最小满足值：R0*误差系数Kp2≥Vp/imax=373V/9.3A→R0=50R；（左右即可：因为在计算过程留了20%以上的余量，稍微偏差不影响）；

        ④最大负载电容计算：Cmax=470uF*3*1.15（误差系数）≈1.62mF；

        ⑤热敏电阻最小所需容量计算：Q=0.5*C*Vp^2=0.5*1.62mF*373^2≈112J；

 

        综合所得：热敏电阻需要满足：50R±20%或者50R±25%@25℃，MaxRec_EnergyRating≥112J；

        如果为了保守，或者更多年限，以及厂家内控余量（国产等），建议：50R±20%或者50R±25%@25℃，MaxRec_EnergyRating≥112J*2=224J；

----------------------------------------------附录----------------------Ametherm热敏电阻的材料与Beta对应表-----------------------------------------