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充电器用正温度系数热敏电阻

自我防护式充电电阻器以PTC(正温度系数)陶瓷为基础,用于平滑电源中的电容器。当发生短路时,它们会将电流限定在安全水平。

普通电阻在电容充电时常用来限制电流。不过,这常有技术风险。举例来说,当短接电容器时,如果电容器短路或者继电器失灵,电阻器将持续暴露在大功率电平下。 这可能导致电阻器或者整个系统遭到破坏。风华高科采用基于PTC陶瓷的新式MZ2系列充电电阻器,现已研发出一种专业解决方案:在自我防护的同时,还实 现了相对紧凑的尺寸。如下表所示,应用于变压器保护产品的PTC热敏电阻规格型号与参数。更多资料请访问风华代理南京南山官网下载http://www.flyingmidgetrecords.com/ptcremindianzu.html

型号 不动作电流(mA) 动作电流(mA) 额定电阻(欧姆)
MZ21P4R7RMR 390 900 4.7 20%
MZ21P5R6RMQ 340 780 5.6 20%
MZ21P6R8RMM 290 670 6.8 20%
MZ21P100RML 220 510 10 20%
MZ21P150RMJ 170 400 15 20%
MZ21P220RMH 140 330 22 20%
MZ21P330RMG 100 230 33 20%
MZ21P120RMR 250 610 12 20%
MZ21P270RMM 150 360 27 20%
MZ21P390RMI 100 240 39 20%
MZ21P56ORMG 80 190 56 20%
MZ21P82ORMG 60 150 82 20%
MZ21P121RME 35 85 120 20%
MZ21P181RME 29 70 180 20%

MZ2系列的典型应用范围为500 W至50 kW功率范围内的工业电源、变频器以及UPS(不间断电源)系统。在这些应用中,链路电容器用于平整生成的直流电压或者在链路中用作储能装置。

当 电容器充电时,通常需要串联一个电阻器来限制充电电流,以免产生超过允许范围的强电流峰值。一般是采用固定式普通电阻或负温度系数(NTC)电阻实现这一 功能。在大多数情况下,会在充电之后使用一个由时间或电压控制的继电器来短接限流元件。充电电流的制约对整流器和转换器系统来说非常重要,因为产生的冲击 电流峰值如果未得到限制,可能会触发熔丝或使整流器遭受超过允许范围的强电流。图1所示为传统整流器或转换器系统的方块图。



如果运行时没有干扰,那么上述普通电阻器和继电器的组合足以限制充电电流。不过,在充电期间或充电后发生的干扰可能会导致这些电阻器彻底失灵,并因此导致系统其它元件的全面故障。

为 处理典型故障,比如电容器短路或短路开关失灵,建议使用MZ2系列自我防护式充电电阻器。在无故障充电中,这些元件的作用就像固定式普通电阻器,可制约 充电电流的峰值。当发生故障时,PTC陶瓷的温度和内阻将随加大的欧姆损耗一同增加(见图2),并将电流限定在安全级别。



相比之下,如果将固定电阻器用作充电电流限制器,上述故障将导致电阻器产生相当高的功率耗损,这会要求元件要有一定大的尺寸,这很不经济。以下特殊实例(见图3)可清楚说明这一功能原理。



上述电路采用三相桥式整流器,并将其接至相导线电压为400 VRMS的电源中。其中平滑电容器的电容为940 μF。并联电路含有两个B59204J0130B010型充电电阻器,用于限定冲击电流。亦称为零电位电阻器,其额定电阻在25℃的环境温度下为100 Ω。在这种情况下,需要并联两元件:因为电能必须在充电期间内传到电容器,这会使单个B59204J0130B010电阻器开始发热,直至温度高出允许范 围,结果便导致电阻大大加强。这一情况应当避免,否则将无法对链路电容器进行彻底充电。


可以使用下面的公式计算出所需J20X系列元件的数量:



如果说元件B59204J0130B010大约有2 J/K的热容,参考温度为130℃,那么既可串联也可并联两元件。满足上述等式可确保PTC陶瓷在充电完毕之前不会超出参考温度,并且维持在低电阻范围内。

当达到电容器95%的极限充电电压时,并联的J20X元件将被短路,同时将接入负荷(以260 Ω固定电阻器为代表)。因此两个J204元件构成的并联电路的性能与一个50 Ω的固定电阻相当。有关无故障充电的情况,请参见图4所示电流时间图。



在这两种情况下,充电电流的时间曲线几乎相同。PTC陶瓷与固定电阻在电流特性方面的细微差别的产生原因是:
    * PTC热敏电阻的电阻温度特性形状特殊;另外,
    * PTC陶瓷在开启时的对电压的依赖性非常强。在计算峰值冲击电流时,一定要考虑电压依赖性。

约过190 ms之后,充电完毕,充电电阻器便会短路。能量吸收曲线以及加热程度同样相差无几(见图5)。二者的最高点均与电容器在短路时的能量相对应。


当 发生故障时,PTC热敏电阻用作限流元件的优势就会十分明显。如果继电器接通失败,负荷电流将流经充电电阻器,并产生强大的热应力,这要求电阻器有相应的 尺寸。若采用基于PTC陶瓷的充电电阻器,其电阻会由于强大的起始功率损耗而升至数10 k,从而能够在故障发生期间限定电流(参见图6)。在约三秒之后,先流经两电阻器然后流经总体电路的电流已跌至数10 mA。有关吸取能量的比较,请参见图7。



在进入高阻状态后,PTC陶瓷将能量吸收限定为非关键值,而固定欧姆电阻器的吸收能量则呈直线上升。在该实例中,考虑到温度降额,固定电阻器必须具有200 W以上的额定功率,才能防止过热以及随后的损坏。

故障——电容器在充电开始时发生短路
强大的冲击电流在约150 ms之后使两个自我防护式充电电阻器产生高电阻性,进而限制电流。而流经固定电阻器的电流则仅由极低的电源线电阻进行限定,因此固定电阻器中会产生非常高功率的能量转换。


在短时间内,并联的两个自我防护式充电电阻器与外界达到热平衡,同时由于PTC陶瓷的高电阻值,吸收的能量仅有略微上升。最终产生的能量吸收与图7所示类似。

上述故障——电容器在充电开始时发生短路——表示:充电电阻器上存在极高的负荷。因此,MZ2充电电阻器需要额外使用一个固定电阻器限定短路电流。不过充电电阻器MZ2应用则无需使用固定电阻器作任何额外保护。

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