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充电器用正温度系数热敏电阻

发布时间:2020-07-21 18:04:54 阅读: 来源:着色剂厂家

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本文引用地址:详解充电器用正温度系数热敏电阻电容器在充电开始时发生短路的故障分析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。爱普科斯采用基于PTC陶瓷的新式J20X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,J20X系列包括J201、J202和J204产品。J20X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J20X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,J201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J202和J204的应用则无需使用固定电阻器作任何额外保护。

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