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炜尊

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热敏电阻如何保护功率二极管?

PTC(Positive Temperature Coefficient thermistor)是一种电阻值随温度升高而急剧增加的热敏电阻。
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  1. 保护原理:过流保护

PTC在这里扮演的角色是 “自恢复保险丝” 。

正常工作状态:在额定电流和常温下,PTC的电阻值非常低(通常只有几欧姆甚至更小),对电路影响很小。

过流或短路状态:当电路发生故障(如负载短路)导致电流急剧增大时,流经PTC的大电流会使它自身发热(I²R加热)。

保护动作:温度升高到其居里点后,PTC的电阻值会急剧增大(跃变),甚至达到高阻态(相当于“断开”),从而有效地限制乃至切断电路中的电流。

自动恢复:当故障排除、断电后,PTC温度下降,电阻值会自动恢复到低阻态,电路恢复正常。无需像普通保险丝那样需要更换。

  1. 应用场景与连接方式

连接方式:串联在需要保护的主功率回路中,通常位于电源输入端或功率二极管所在的支路。

保护对象:它保护的不仅仅是功率二极管,而是整个支路,防止因过流或短路导致二极管和其他元件(如开关管)因电流过大而烧毁。

当负载短路时,电流激增,P发热并跃变为高电阻,限制了通往功率二极管的电流,保护了它。

  1. PTC与NTC在过流保护上的区别

虽然两者都响应温度,但机制不同:

NTC(用于浪涌抑制):其自身的工作电流导致发热,从而从高阻态变为低阻态。它是一个“启动辅助”器件。

PTC(用于过流保护):回路中的异常大电流导致其发热,从而从低阻态变为高阻态。它是一个“保护”器件。

总结对比:PTC vs. NTC 在功率二极管电路中的应用

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在实际的高可靠性电源设计中,这两种保护方案常常同时被采用,为功率二极管提供从瞬间到长期的全面保护。

NTC 主要用于 抑制浪涌电流 和 温度监测。

PTC 主要用于 过流保护,其本质是一种可复位的“保险丝”。

结论与设计考量

在一个复杂的电源系统中,NTC和PTC可能会同时出现,各司其职:

在AC输入端:串联一个NTC,用于抑制开机时对整流桥和滤波电容的浪涌电流冲击。

在关键的DC输出支路:串联一个PTC,作为自恢复保险丝,防止该支路因负载短路等故障而发生过流,保护该支路上的功率二极管和开关管。

在散热器上:放置一个NTC,作为温度传感器,实时监测功率二极管和开关管的温度,并提供给MCU实现过热保护。

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