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：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。

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 2a。爱普科斯 (EPCOS) NTC ICL 的典型特性曲线。 

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 热敏电阻的两个重要的标准是初始电阻 (R25) 和电流。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 3. NTC ICL 的典型降额特性。

第二个标准是Imax，它由负载的额定功率决定。这里重要的是 NTC 热敏电阻的降额。图 3 显示了一个典型示例。

TDK 提供各种 R25 介于 0.5 Ω 至 33 Ω 之间、允许电流为 1.3 A 至 30 A 的 NTC 热敏电阻。

使用 ICL 时，应确保大约 90 秒的冷却时间（具体取决于类型），这在负载频繁短时间开关的情况下可能会出现问题，因为预热的 NTC 热敏电阻的欧姆值非常低因此几乎不提供电流限制。

这里提供了一种补救措施，即使用继电器或晶闸管绕过 NTC 热敏电阻。这可以在接通后几秒钟内发生，因为大多数负载此时已经以额定电流运行。由于有旁路，NTC 热敏电阻不会升温。

图 4 显示了 ICL 的时间控制旁路电路。

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 5. 通过 PTC 热敏电阻限制充电电流的直流母线电路。

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，具有合规通过 UL、IECQ 和 VDE ，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 热敏电阻的热容和允许温度。通过并联 PTC ICL 可以实现必要的热容。所需的组件数量计算如下：

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 – 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。

图 8. NTC 和 PTC 浪涌电流限制器的电压控制组合。

结合优势

特别是在具有高直流母线电容的大功率负载（例如工业电源和转换器中的负载）的情况下，建议结合 NTC 和 PTC 浪涌电流限制器的优点和功能。

因此，明智的做法是使用此处描述的电压控制导通时间来绕过电源输入侧的 NTC 热敏电阻。为此，图 7 所示的电路中需要一个具有两个转换触点的继电器。图 8 显示了完整的电路，其中 NTC 和 PTC 热敏电阻同时切换。此外，还集成了一个 LED，用于指示尚未应用跳线。

这种组合浪涌电流限制的优点是保护组件、避免电源侧或设备内部保险丝意外跳闸，以及在直流链路短路时提供可靠的电流限制。