NTC热敏电阻在充电器上的应用

有些充电器在插电的时候会有很明显的打火,火花很大,同时插头也会出现烧蚀的情况。对于普通消费者来讲,容易对产品的质量产生疑惑。为了避免在充电器插电的时候发生火花,往往都在输入端串联一颗ntc负温度系数热敏电阻,用于减小插电时的冲击电流,避免产生火花从而影响用户体验。
充电器为何插电会有打火在未使用pfc的宽电压输入的充电器中,通常都使用较大容量的电容用于初级滤波,保证在低压时仍能保持足够的输出功率。但是较大容量的电容,在充电器接入电源的时候,交流电通过整流桥整流为电容充电,会产生较大的冲击浪涌电流。若这个冲击浪涌电流得不到限制,就体现在插座内部金属片和插头接触的瞬间产生较大的火花。
有一些充电器,内部使用的初级控制器支持ac输入检测,在交流输入中断后,会关闭初级开关管,让电容内的电能储存起来,电容存有电压。这样可以减小下次插电时的冲击电流,减小火花的产生。
还有一种方法就是在充电器内部加入升压pfc电路,通过升压,提高供给充电器初级的电压,减小电容的容量。这样可以缩小初级滤波电容的容量,缩小充电器体积,同时减小充电器插电时对电容的充电冲击电流,减小打火现象。并且通过pfc还能避免大容量电解电容充电电流的畸变电流,校正功率因数,因此也成为现代大功率充电器的优选。
ntc热敏电阻的特性ntc热敏电阻,顾名思义是电阻,但是这个电阻是随着温度变化的。ntc为负温度系数,电阻随着温度的上升而减小,和ptc正温度系数随温度上升电阻增加的特性刚好相反。ptc可以用在加热器等需要恒温的场合如加热器等产品,也可以用在锂电池过流保护等,有对应的ptc保险丝,用于电路过流保护功能。
而ntc热敏电阻是冷态的电阻大,热态的电阻小,也被做成热敏电阻用于检测温度。当温度升高时,电阻减小,根据在电路中的接法,电压达到阈值,触发保护动作。ntc及ptc两种热敏电阻均有对应的热敏电阻,广泛用于温度检测应用中。
ntc热敏电阻在充电器中的作用说完了ntc热敏电阻,顺带说了下对应的ptc热敏电阻,下面该介绍充电器为何要使用ntc热敏电阻了。
紫米33w 1a1c充电器拆解,左侧棕色保险丝右侧绿色元件就是ntc热敏电阻。
ntc热敏电阻特写,图上这个个头算是比较小的,一般随着电源功率的增加,ntc热敏电阻的体型也会对应增加。ntc热敏电阻串联在电源的输入中,冷态电阻较大,用于限制充电器接入电源的冲击电流,减小插电时产生的火花。伴随着充电器正常输出,ntc电阻自身发热降低电阻,降低ntc电阻上的压降,减小串联在电路中的功率损耗。
正因为ntc有低温电阻高,高温电阻低的特性。并且具有成本低,性能可靠的优势,被广泛应用于充电器的输入端,进行输入的浪涌抑制。
ntc热敏电阻的缺点ntc热敏电阻串联在输入端可以起到抑制浪涌的作用,但是ntc也有固有的缺点。
首先是ntc是串联在电路中的,虽然在正常工作后,阻值降低维持一个较低的电阻,但是还是会产生压降,对电源的效率产生一个负面的影响。
另外就是ntc具有热惯性,当充电器正常工作,温升发热,拔掉后马上又插回去,ntc没有冷却,还是在高温,就起不到抑制浪涌电流的作用。这时的浪涌电流会很大,平时不会出现火花的充电器也会出现火花。
在大功率的开关电源,如服务器电源和电脑电源,内部也是使用ntc进行浪涌抑制的,保护内部的pfc升压二极管等元件。这些电源会在ntc上并联一个继电器,搭配延时电路使用。在插电的时候,ntc接入电路,通过ntc为内部电容充电,减小浪涌电流。延时一段时间后,继电器闭合短路ntc,电流不再流过ntc热敏电阻。
通过使用继电器短路ntc的方式,一方面可以起到降低ntc功耗的作用,另外一方面,ntc被短路,不会发热,温度降低恢复高阻态,下电时继电器同步释放,将ntc接入电路,为下一次上电做好准备。
但是继电器线圈保持也是需要电能,并且占用电源内部空间。期待更新的器件,和更新的电路设计,能够简化传统设计,并提高电源的转换效率。
ntc在充电器中还有什么用处我们这里换成小米65w 氮化镓充电器来举例子
这是初级的主控芯片,acf拓扑的ucc28780,来自德州仪器,在右下方红圈内部的元件就是ntc热敏电阻。
次级协议芯片,英飞凌cypd3174,在芯片的左下角也有一颗ntc热敏电阻。
这里的两颗ntc热敏电阻,与充电器输入端的用途不同。ntc热敏电阻连接在初次级的控制器上,用于时刻检测充电器的内部温升。也是利用ntc热敏电阻的温度升高,电阻降低的这个特性来实现的。
主要的不同点是,串联在输入端的ntc热敏电阻,是靠充电器的输入电流来加热,降低电阻。而连接在控制器上的,则是被充电器元件发热所加热。
当ntc热敏电阻受热时,阻值降低,若温度持续升高,当控制器检测到引脚上的电压低于保护阈值后,判断充电器已达到设计热保护温度,就会停止驱动信号输出,使充电器停止工作,从而保护器件不会过热击穿损坏。
安克 20w 安芯充同样在内部设置了一颗ntc热敏电阻用于充电器内部及连接器的温度检测,进行实时的过热保护,确保充电更加稳定安全。
另外,ntc热敏电阻在电池组和移动电源都有着非常广泛的应用。
小米10000mah 33w快充充电宝口袋版pro的两颗电池之间有一颗ntc热敏电阻,通过白色胶水固定。
冬天到了,ipad又开始不能充电了,必须要捂热了才能充电。这就是电池组内部的ntc热敏电阻检测到环境过低,不适合锂电池充电,进行温度保护的表现。
移动电源也是同样,使用一颗ntc进行电池的高温和低温保护,防止高低温对电池充放电造成危险。
充电头网总结作为普及产品的高性价比解决方案,ntc热敏电阻很好的解决了充电器在接入电源时,内部电容充电带来的浪涌电流问题。通过串联ntc在电路中,有效抑制浪涌电流的幅度,可以保护器件不因浪涌电流冲击而损坏。
同时,随着对充电器能效要求的不断提高,ntc热敏电阻串联消耗功耗影响效率。也需要不断研究新型材料,优化特性,来应对更高的要求。按照电源适配器,快充等电源的出货量来看,ntc热敏电阻出货量也是比较可观的。


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