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讨论

【年终分享帖】开关电源中冲击电流抑制用 NTC的计算和选用

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lahoward
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LV10
总工程师
  • 2016-1-12 14:13:16
对于开关电源特别是输入回路电路有大电解的电路开机瞬间的冲击电流非常之大,从一些帖子中看出对于如何计算NTC 的功率、R25电阻值(温度为25时的NTC阻值)及大功率电源是否可应用NTC等还是有些不同看法的,本帖就以上问题对NTC的计算及选用等进行一些讨论,希望能起到抛砖引玉的作用。

一个比较理想的NTC应用电路如下图所示,NTC上并联一个继电器的触电,上电后继电器吸通短路NTC。
图中ICL = Inrush Current Limiter 实际就是NTC
ICL.jpg

以下计算假设没有并联继电器触点,则正确选用NTC需考虑以下四个因素
1)冲击电流的能量
2)NTC的最小取值(at t = 0)
3)稳态电流
4)环境温度

未完待续。。。

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世纪电源网-九天
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超级版主
  • 2016-1-12 14:50:46
 
楼主的原创帖不错哦!建议可以将帖子改为【年终分享贴】!
发“年终奖”啦! 今年,世纪电源网给你送!健!康!
http://bbs.21dianyuan.com/thread-235826-1-1.html

wangdongchun
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LV10
总工程师
  • 2016-1-12 19:46:48
 
楼主未讲完呀,期待版主能督促其尽快将帖子完结
qq80644864
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版主
  • 2016-1-12 14:57:09
 
坐下来听课了
lahoward
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LV10
总工程师
  • 2016-1-12 15:02:52
 
如有不妥之处还望兄弟指正。
lahoward
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LV10
总工程师
  • 2016-1-12 14:58:24
 
多谢WCM014的支持

一、冲击电流的能量:该能量主要是由于滤波电容引起:
E.jpg
E = 冲击电流能量
C = 电容量 (F)
VPEAK= 峰值电压
NTC的最小取值取决于工作电压、峰值电流、及希望的电流限值等,一般来说如果最大冲击电流未知则可取保险丝或整流桥的最大工作电流作为电流限值,也可用示波器进行测试,取峰值的1/3电流作为限值,则最小电阻如下式所示:
Rmin.jpg

RMIN = NTC最小取值 @ t = 0 即室温为 25 ºC时的阻值
ILIMIT = 希望的冲击电流的限值

最大稳态电流
Imax.jpg
IMAX = 最大稳态电流
Output power = 输出功率
Efficiency = 效率
Input voltage = 最低输入电压
即使NTC上并联了延时继电器的触点,选用的NTC 的稳态电流也最好大于电路的稳态工作电流以免万一继电器失灵等情况发生电路仍能正常工作。
未完待续。。

本帖最后由 lahoward 于 2016-1-12 15:03 编辑

qq80644864
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版主
  • 2016-1-12 15:07:21
 
都讲在点上,有料
xushicai
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LV6
高级工程师
  • 2016-1-12 17:26:30
 
好贴,听课!
爱做饭的工程师
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副总工程师
  • 2016-1-13 11:37:29
 
慢慢等更新
lahoward
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总工程师
  • 2016-1-13 12:56:23
 
环境温度的影响:
由于一般规格书上的阻值都是25°C时的阻值,随温度的升高阻值会下降,因此如果NTC应用的环境温度比较高,则需查阅工厂规格书的电阻值-温度曲线,以选取与25°C计算值相符的阻值。
同时随环境温度升高,NTC的额定稳态电流应降额使用,某厂家的NTC的稳态电流-环境温度降额曲线如下图所示:
derating.jpg
举例说明如何计算选取一个NTC
已知条件如下:
输入电压 = 110 V
稳态工作电流 = 10 A
输入端滤波电容 = 5000 µF
环境温度范围 = 10 ºC - 35 ºC
冲击电流限值 = 30 A
计算:
·        输入峰值电压: Vpeak =  (110+11) *√2 = 171.1
·        冲击电流产生的能量:E = 1/2(5000*10-6)* 171.12 =73.18焦耳,这些能量需被NTC所吸收(10-6表示10的负6次方)
·        NTC最小取值:RMIN =171.1 V / 30 A = 5.70 Ω (@ 25 ºC)
·        稳态电流:10A

查 Ametherm 公司的SL22 5R012 满足25°C时的要求,其25°C的额定参数为

·        5 Ω @ 25 ºC
·        100 J
·        12-A 最大稳态电流
·        UL 认证 (UL File #: E209153)
·        CSA 认证 (CSA File #: CA110861)
·        符合RoHS

SL225R012 DataSheet.pdf (27.78 KB, 下载次数: 745)
木木很-shy
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副总工程师
  • 2016-1-13 13:37:34
 
向您学习,小弟新手,看到不同热敏电阻的两引脚直径间距不一样,在选择和使用过程中有什么讲究吗,不是很懂,还望您给讲讲~谢谢~
lahoward
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LV10
总工程师
  • 2016-1-13 14:20:11
 
热敏电阻的两引脚直径间距这个好像没什么必要去考虑,不同额定电流值的热敏电阻厂家自会考虑用什么直径的脚,间距更不用操心了,这些尺寸按厂家提供的数据用就是了。
木木很-shy
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LV8
副总工程师
  • 2016-1-13 18:01:36
 
好的,知道了,谢谢您。。。
dyjian
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副总工程师
  • 2016-1-14 10:31:07
 
RMIN = 25 ºC 阻值/ 系数 35 ºC
RMIN = 5.70 / 0.717
RMIN = 7.94 Ω
为什么是除?  我认为是乘才对。


lahoward
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LV10
总工程师
  • 2016-1-14 13:26:07
 

RMIN = 25 ºC 阻值/ 系数 35 ºC
RMIN = 5.70 / 0.717
RMIN = 7.94 Ω


这里算出的 7.94 欧姆 是 25°C 时阻值,当环境温度升高到35°C时,其阻值会下降到5.70欧姆,这是我们要的阻值。
不知这样解释是否清楚?
dyjian
  • dyjian
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LV8
副总工程师
  • 2016-1-14 18:23:54
 
那应该是   RMIN = 35ºC 阻值/ 系数 35 ºC
你觉得是不是?
eric.wentx
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版主
  • 2016-1-14 20:45:16
 
NTC/PTC的电阻定义都是在25度下.
lahoward
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总工程师
  • 2016-1-15 07:08:06
 
文工所言极是。
lahoward
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总工程师
  • 2016-1-15 07:37:58
 
第一次算出的5.70欧姆是25°C的阻值,第二次算出的7.94欧姆仍然是25°C时的阻值。我们关心的是R(25°C)。
如果一定要说RMIN = 35ºC 阻值/ 系数 35 ºC也未尝不可,但必须说明第一次算出5.70欧姆与35°C是什么关系,因为计算过程并未提及R(35°),实际上数据手册上也没有R(35°)。数据手册都是R(25°C)的阻值。。。好像有点绕。
izyzs
  • izyzs
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LV4
初级工程师
  • 2016-1-15 08:59:03
 
理论计算心里踏实
lahoward
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LV10
总工程师
  • 2016-1-15 09:03:40
 
是的,即使有误差也比胡乱用一个要强。
power-rookie
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助理工程师
  • 2016-7-27 10:52:11
 
LZ,171.12是怎么来的??没能想通,请指点一下
lahoward
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LV10
总工程师
  • 2016-7-27 14:06:23
 
不好意思,上面的计算中漏掉了,已补充,并摘录如下:
由于假设输入电压是110V,因此加上10%的偏差即110*10% =11V 总的输入电压峰值为121V,即:

·        输入峰值电压: Vpeak =  (110+11) *√2 = 171.1
·        冲击电流产生的能量:E = 1/2(5000*10-6)* 171.12 =73.18焦耳,这些能量需被NTC所吸收,(10-6表示10的负6次方)
·        NTC最小取值:RMIN =171.1 V / 30 A = 5.70 Ω (@ 25 ºC)

yaoliwei
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LV6
高级工程师
  • 2017-3-20 15:07:44
 
冲击电流选择30A有什么依据吗?这个跟滤波电容有关系吧,请教您一下
lahoward
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LV10
总工程师
  • 2017-3-21 01:00:14
 
最大冲击电流可取保险丝或整流桥的最大工作电流作为电流限值,也可用示波器进行测试,取峰值的1/3电流作为限值,或自己根据实际情况设定较小的电流限值。
cyx7610
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总工程师
  • 2019-2-20 22:57:05
 
看电容大小及保险丝规格。
lvjlong
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LV6
高级工程师
  • 2018-9-29 11:09:01
 
冲击电流产生的能量:E = 1/2(5000*10-6)* 171.12 =73.18焦耳,这些能量需被NTC所吸收(10-6表示10的负6次方)//这个结果和我看不明白啊?0.005*171.12/2=0.4278才对啊
lahoward
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LV10
总工程师
  • 2018-9-29 13:52:45
 
不好意思,没有说明清楚,171.12这后面的2是平方,也就是说是171.1的平方,也就是电压的平方,电容的能量公式1/2CV2
zhuangda
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初级工程师
  • 2019-11-15 13:47:36
 
感谢大神的分享,使我受益匪浅
ChengLiang_Z
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LV6
高级工程师
  • 2020-1-3 15:36:38
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严格来说,你这种计算方法,电流值是限制不住的,因为给电容充电过程中,热敏电阻上的电压是在下降的,而该过程中热敏电阻阻值也是下降的,最大电流出现在二者比值最大的地方,一般情况下,热敏电阻的下降率要远高于电压的下降率,所以这种计算方法不严谨,但是我也没有找到太合适的计算方法,因为热敏电阻变化无法用公式表述,求大神进一步完善。
ChengLiang_Z
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LV6
高级工程师
  • 2020-1-3 15:40:37
  • 倒数8
 
都已经过去两年多了,没有人认真考虑过吗?这种方法是不严谨的。
mt4062
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初级工程师
  • 2016-2-3 10:15:10
 
现在的电源多采用PFC结构,在整流桥堆的正输出和大电解之间接入PTC和二极管,对于这种大电容前同时包含NTC和PTC的情况,NTC和PTC该如何选择?
lahoward
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总工程师
  • 2016-2-3 13:47:14
 
PFC电路通常不需要NTC。另外没怎么见过“在整流桥堆的正输出和大电解之间接入PTC”,因此“对于这种大电容前同时包含NTC和PTC的情况” 没什么见解。
dongshitong
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LV6
高级工程师
  • 2016-2-13 22:57:44
 
PTC 是正温度系数  随温度升高阻值要变大的   应该没有人在电源前面加这个
lahoward
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LV10
总工程师
  • 2016-2-14 09:58:16
 
我觉得也不大会有人加,要么用作自恢复保险丝。PTC的常见用途主要为:
一,取暖器
self-regulating-heater_ptc.jpg
二、自恢复保险丝
PTC_resettable-fuse.png
其他如温度检测等
PTC-thermistor.png

不知上一楼的兄弟具体指哪个方面?

每次要输入验证码烦不烦啊?
Untitled.png

炎黄的后人
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LV8
副总工程师
  • 2017-4-15 17:45:33
 
有的,好多大功率的电源现在采用PTC,例如车载充电机的3.3Kw,6.6KW功率,现在都是使用PTC。并联继电器,

lahoward
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LV10
总工程师
  • 2017-4-16 09:14:38
 
分享一下你的经验吧,弄几个实例说明一下怎么用。
dyjian
  • dyjian
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LV8
副总工程师
  • 2016-2-14 09:40:51
 
中、小功率的PFC都会用NTC
lahoward
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总工程师
  • 2016-2-14 10:09:14
 
中小功率的带PFC的电源应该会有人用NTC,但不是都会用,我估计用的人不会多,毕竟是个发热器件,且带PFC的中小功率的电源开机冲击电流并不会很大,个人认为加NTC意义不大。

这个验证码太烦了
Untitled.jpg
eric.wentx
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版主
  • 2016-2-14 11:42:15
 
改版后就基本上不登陆了,也不回帖了,90%的原因就是因为这个验证码和消息提醒的失败设计,老了,看不清,而且搞得莫名其妙的恼火。
lahoward
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总工程师
  • 2016-2-14 12:50:06
 
文工说的是,对这个验证码和消息提醒的失败设计深表厌恶,这验证码有什么用?防止机器人登录回帖?不胜其烦。
Untitled.jpg
eric.wentx
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  • 2016-2-14 13:15:50
 
有效阻止广告帖之类的吧,我和admin说说看,能不能取消这个,不然我估计我以后来得更少了...
蓝图
  • 蓝图
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  • 2016-4-9 12:51:51
 
学习下,
被验证马折腾的年代、、、
jafck
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  • 2016-3-27 04:24:32
 
这个改版程序运行倒是快了,看是帖子浏览实在是惨不忍睹。可以说改版的非常失败。
mt4062
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初级工程师
  • 2017-1-16 09:42:20
 
不好意思,写错啦,NTC还需要多关注低温段的温度电阻特性。
lahoward
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总工程师
  • 2017-1-16 10:12:12
 
如何关注NTC低温段的温度电阻特性呢?
jafck
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版主
  • 2016-3-27 02:46:41
 

软启动电阻的计算

软启动电阻的计算

软启动电阻的计算.doc (54 KB, 下载次数: 304)
zeehon
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LV2
本网技师
  • 2016-9-1 22:23:55
 
请问算功率的时候要除以8呢
hnqylgq
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助理工程师
  • 2018-12-26 17:13:17
 
感谢你的分享,
yuyiqingluan
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LV2
本网技师
  • 2019-6-27 13:18:17
 
好贴,收藏下
震荡s
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LV2
本网技师
  • 2017-5-1 19:22:59
 
都讲到点上了
switchp
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LV8
副总工程师
  • 2020-4-17 15:26:32
  • 倒数2
 
这电容上的能量是怎么和电阻上消耗的能量联系起来的?楼主帮忙解释下,看了一圈没看的明白。
wangdongchun
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总工程师
  • 2016-3-27 06:10:36
 
好帖    收藏了
炎黄的后人
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LV8
副总工程师
  • 2017-4-15 19:04:08
 
楼主,写错啦,T=0时候,NTC的电阻值是最大的,工作发热后电阻减少,
还有小功率一般直接用NTC,不用继电器并联,如适配器
大功率的电路,一般使用大功率电阻并联继电器方案。
或者使用PTC并联继电器。
QQ截图20170415185856.png
QQ截图20170415182503.png
lahoward
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总工程师
  • 2017-4-16 09:12:23
 
你没看懂:“NTC的最小取值(at t = 0)” ,是什么意思吧?
另外,我没有说过小功率要并联继电器吧?
至于大功率并联电阻或PTC什么的那是你的权利哈。

另外你贴的那张图想说明什么啊?
炎黄的后人
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副总工程师
  • 2017-4-16 19:22:47
 
写错了
yly99032207
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高级工程师
  • 2019-2-16 10:34:04
 
LZ你好,想问一下,在小功率开关电源中,用保险丝加NTC成本太高,一般会选择绕线电阻代替,请问如何选择绕线电阻的功率?谢谢!
比如一个输出功率5W的电源,具体规格如下:
输入电压范围:100-240VAC
输入大电解:10UF/400V
输入浪涌电流:<30A
转换效率:0.7
我计算阻值和能耗如下:
Rmin=240×1.414÷30=11.312Ω  取R=12Ω
E=10×10-6×240×1.414×240×1.414÷2=0.576J
Irmsmax=5÷0.7÷100=0.07A
电阻正常工作时的功率Pnom=0.07×0.07×12=0.0588W
开机瞬间电阻上最大功率Pmax=240×1.414×240×1.414÷12=9597W
请问应该如何选择这个电阻的功率才能满足设计要求,谢谢!



lahoward
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总工程师
  • 2019-2-20 09:21:13
 
这问题其实有点复杂的。我们首先弄清楚电阻上消耗了多少能量?

不管电阻阻值如何,即使电阻值为0,RC电路对电容充电后总有一半能量损耗,与电阻值大小无关,有电阻则消耗在电阻上,没电阻这一半能量也无影无踪。
lahoward
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总工程师
  • 2019-2-22 09:34:25
 
有点意外,没人对这个说法有异议。
继续讨论电阻功率的问题。
大部分的线绕电阻过载能力为 10 倍的额定功率并可持续 5 秒时间。
按电容所充进的能量 E=10×10-6×240×1.414×240×1.414÷2=0.576J来计算,其实只有一半是消耗在电阻上的,也就是说 0.288J,或者写成 0.288 WS(W为瓦,S为秒),充电时间为1/4周,即0.005秒。


电源在电压最高点开机和在最低点开机对电容充电的能量不变的。都是0.576J,电阻损耗的能量都为0.288J。



WS = 0.288,
S = 0.005
则 W = 0.288/0.005 =  57.6W。也就是说需要57.6W电阻,然而,电阻的过载能力为10倍额定功率并可持续5秒,因此实际电阻功率取值为 57.6/50 = 1.15W。


有不同见解欢迎讨论
yly99032207
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高级工程师
  • 2019-2-22 14:28:31
 
非常感谢楼主的认真回复,还有两个问题如下:
1、如果电阻规格书规定的短时间超负荷试验为:2.5倍额定电压,时间5S,
     那实际电阻功率取值是不是:57.6÷(2.5×2.5×5)=1.843W
2、“RC电路对电容充电后总有一半能量损耗”这句话怎样理解?
    在原始帖子里面计算NTC电阻时是这样描述的:
    “冲击电流产生的能量:E = 1/2(5000*10-6)* 171.12 =73.18焦耳,这些能量需被NTC所吸收(10-6表示10的负6次方)”
    是不是这个计算也要除以2,才是准确的?


yly99032207
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LV6
高级工程师
  • 2019-2-22 16:17:16
 
不好意思,还有一个疑问:
由公式
Vc=Vin*(1-e-t/RC)
可知,电容需要4个RC时间常数才会接近充满,前面的计算充电时间为0.005S,对于RC时间很短的小功率电源来说没有问题,
如果在一些大功率电源或产品上,电容值很大,4倍RC时间常数会超过1/4周期,这种情况充电时间应该怎么取?
如果输入时DC直流电压,RC充电时间又该怎么取值?



lahoward
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总工程师
  • 2019-2-28 09:58:51
 
电源功率再怎么大总要把电容电压充到输入电压一样高,4倍RC时间常数应小于1/4周期。如果电容很大,或者说输出功率很大则电阻消耗的功率也大,用电阻限流是不太合适的。

输入电容在交流输入时是为了在输入电源下降时继续给负载提供能量,输入如果是DC则输入电容不会取得很大,用大电容毫无意义,因此限不限流也无所谓。
yly99032207
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高级工程师
  • 2019-3-1 09:38:10
 
会有这样的应用,比如在变频洗衣机里面,输入有一个大电解电容,一般在300~1000UF,为了抑制启动冲击电流,一般会选择电阻加继电器的方式,
启动时电阻抑制冲击电流,主功率电路不工作,程序设定2S后,继电器闭合,主功率电路再工作。
因为工作环境温度在-40℃~65℃,范围很宽,用热敏电阻不合适(在温度范围内阻值变化太大),一般选择水泥电阻或大功率绕线电阻,我就想知道
这种应用中电阻的阻值和功率该怎么样选择。
比如输入电压185~264VAC,大电容500UF,程序设定启动2S后,继电器闭合,主电路工作,冲击电流要求小于30A,应该如何选择电阻?


lahoward
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总工程师
  • 2019-3-2 08:15:37
 
你说的DC应该不是指纯直流,而是交流整流后的直流,不知是否?最好有个示意图。
yly99032207
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高级工程师
  • 2019-3-4 09:33:30
 
示意图怎么传不了?不好意思。
之前表述可能有误,输入是交流电压,示意图跟你之前发的NTC的示意图是一样的,只是整流桥后面的电解电容比较大。
因为工作环境温度范围要求比较宽,选择NTC电阻不是很合适,在低温时启动困难。
我想如果把NTC换成大功率绕线电阻或水泥电阻,该电阻的参数该如何选择?
假设输入电压为180~265VAC,大电解电容容量为500UF,
计算E =500*10-6* (265*1.414)2/2=35.1焦耳
如果充电时间小于1/4周期,按照之前的绕线电阻计算:
35.1÷0.005=7020W
7020÷10÷5=140.4W
这么大功率的电阻也不合适;
如果适当延长充电时间,比如充电时间是1S,则:

35.1÷1=35.1W
35.1÷10÷5=0.7W
这个计算好像也有问题,输入是交流电,RC充电时间该怎么确定?1S需要多大电阻值?我感觉越来越糊涂了。



lahoward
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总工程师
  • 2019-3-5 15:38:23
 
输入滤波电容如果是500uF,则电源可以做到1000瓦,则正常工作电流为1000/0.9/220=5A,(假设效率0.9,工作电压220Vac),如果放个2欧姆电阻就是10W损耗,这发热量不是一点点的大了。不知你是否有实际这样用电阻的实例?
yly99032207
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LV6
高级工程师
  • 2019-3-5 17:24:47
 
版主,你好!
这是一个变频洗衣机的应用,大电容是给后面变频电机供电用的,上电后电机不会马上启动。
上电后,大电容后面有一个3W左右的电源先启动,给到控制板MCU供电,MCU设定2S后闭合并联在电阻两端的继电器,继电器闭合后,变频电机才工作,
所以正常工作时电流不流过电阻。


lahoward
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总工程师
  • 2019-3-6 09:17:39
 
不太吃的准你说的电路是什么样的。计算实际上只是个大概数值,设定的条件不同计算结果差异是非常大的,需要实际试验才能知道选用的电阻是否合适,因此不必太在意你说的这个电容是怎么计算的。
lahoward
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LV10
总工程师
  • 2019-2-28 09:37:20
 

关于第一个问题,电阻可承受的功率与额定电压无关,电阻选用的额定电压只需符合实际工作电压即可,因此实际选用的电阻功率无需增加

第二个问题,是一个非常经典的问题,RC充电电路中总有一半能量损失,不管有没有电阻。损失的能量有各种说法,有说发热的,有说变成电磁波发射出去的,等等不一而论。关于此问题可参考如下链接

Where did half of the capacitor charging energy go?

前面我的表述中有错,损失一半能量并不是电容能量的一半,而是总能量的一半,也就是说电容充了多少能量就有多少能量损失。因此上述计算有错,电阻消耗的能量应该与电容充的能量一样大,电阻功率应该加一倍才对。

NTC的选用计算是正确的,不需要除以2,原因如上所述。
yly99032207
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LV6
高级工程师
  • 2019-3-1 08:56:23
 
谢谢楼主耐心回复,有关电阻损耗,我查了一下,后面的表述是对的:
PR(t)=V2×e-2t/RC÷R

E=∫∞PR(t)dt=CV2/2公式老是编不对。
天机回归
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助理工程师
  • 2019-3-4 18:38:45
 
你好!
   我想了解一下电容量和NTC热敏电阻的直径的关系,谢谢!
yly99032207
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高级工程师
  • 2019-3-5 08:49:07
 
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。                    
ZCF为幸福奋斗
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值得学习
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  • 2018-9-28 16:52:26
 
学习!!
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好资料,学习了,谢谢
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唉,什么时候下载开始需要积分 了啊,好痛苦的说
yingang5210
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好文章,谢谢楼主分享
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学习学习了,好的贴子了!
x527221801
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blueskyy
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ZIXUAN1984
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