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Power

Calculateur de limiteur de courant d'appel (NTC)

Calculez les exigences en matière de thermistance NTC pour limiter le courant d'appel, y compris la résistance au froid, le courant d'appel maximal, la constante de temps et l'énergie absorbée

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Formule

Rcold=Vs/Iinrush,τ=Rcold×Cf,E=0.5×Cf×Vs2R_cold = V_s / I_inrush, τ = R_cold × C_f, E = 0.5 × C_f × V_s²
V_s— Tension d'alimentation (V)
I_inrush— Courant d'appel cible (A)
C_f— Capacité du filtre (F)
R_cold— Résistance au froid NTC (Ω)
τ— Constante de temps (s)

Comment ça marche

Le calculateur du limiteur de courant d'appel détermine la résistance de la thermistance, la puissance nominale et le temps de récupération thermique pour une protection contre le démarrage progressif, ce qui est essentiel pour les alimentations AC-DC, les démarreurs de moteur et les circuits de charge des batteries de condensateurs. Les ingénieurs en réseaux électriques, les concepteurs d'équipements industriels et les développeurs d'onduleurs utilisent cet outil pour éviter les déclenchements intempestifs et le stress des composants lors de la mise sous tension. Selon la note d'application AN-1005 d'Ametherm, le courant d'appel dans un redresseur à condensateur atteint Ipeak = Vpeak/Rsource = 325 V/0,5 Ω = 650 A pour une alimentation typique de 230 VAC avec une impédance secteur de 0,5 Ω. Les limites de courant d'appel et les exigences d'immunité sont spécifiées dans la CEI 61000-3-3 (Compatibilité électromagnétique — Limitation des variations de tension) et la CEI 62368-1 (Équipements des technologies audio/vidéo, de l'information et de la communication — Exigences de sécurité), qui prescrivent la limitation du courant d'appel pour les équipements connectés au secteur. Cette surtension de 1 à 5 ms sollicite les diodes de redressement (généralement conçues pour une surtension de 30 à 50 A), déclenche des disjoncteurs de 10 à 20 A et provoque des émissions par conduction électromagnétique. Les thermistances NTC réduisent l'appel en fournissant une résistance élevée au froid (5 à 50 Ω à 25 °C) qui diminue à 0,5 à 2 Ω lorsqu'elles sont auto-chauffées en régime permanent. Selon la note d'application de Vishay BC Components, la résistance en régime permanent de la thermistance chute à 10 à 20 % de la résistance au froid au courant nominal, dissipant 1 à 5 W en continu. Le temps de rétablissement entre les cycles d'alimentation dépend de la masse thermique : 30 à 60 secondes pour les thermistances à disque standard, ce qui limite les applications nécessitant des cycles marche/arrêt fréquents.

Exemple Résolu

Conception d'une limitation du courant d'appel pour une alimentation ATX de 500 W. Exigences : limiter l'appel à moins de 30 A en pointe (dans les limites de la surtension nominale du redresseur), dissipation en régime permanent <3 W, fonctionnement en 120 VAC. Étape 1 : Calculez le signal d'appel le plus défavorable sans limiteur : Ipeak = Vpeak/Rwiring = 170 V/0,3 Ω = 567 A (en supposant une impédance secteur de 0,3 Ω). Étape 2 : Calculez la résistance au froid requise — Pour Ipeak < 30 A : R_cold > 170 V/30 A, 0,3 Ω = 5,4 Ω. Sélectionnez 10 Ω NTC pour la marge. Étape 3 : Vérifiez le courant en régime permanent — Iin = 500 W/ (120 V × 0,65 PF × 0,85 η) = 7,5 A RMS. Étape 4 : Calcul de la résistance à la chaleur — À 7,5 A, le NTC de 10 Ω chute à environ 1,5 Ω (selon les courbes caractéristiques d'Ametherm). Pisss = 7,5² × 1,5 = 84 W, ce n'est pas acceptable ! Étape 5 : Refonte — Utilisez un relais de dérivation (contacts nominaux 10 A AC). Le NTC n'est actif que pendant 100 ms de démarrage. Sélectionnez un NTC de 5 Ω (Epcos B57364S509M) : limite de froid de 5 Ω à 34 A en pointe, la puissance nominale continue de 3 W permet de gérer le pire des cas en cas de défaillance du relais.

Conseils Pratiques

  • ✓Conformément à la note d'application d'Epcos, utilisez un relais de dérivation (actif 100 à 500 ms après le démarrage) pour les alimentations supérieures à 200 W — réduit les pertes en régime permanent de 2 à 5 W (thermistance) à <0,1 W (résistance de contact du relais)
  • ✓Sélectionnez des thermistances NTC dont la puissance nominale est 2 fois supérieure à la puissance nominale en régime permanent pour une marge de fiabilité : une thermistance dissipant 2 W doit être conçue pour une puissance nominale de plus de 4 W pour maintenir une température de surface inférieure à 85 °C
  • ✓Mettez en œuvre un contrôle d'appel actif (TI TPS2490) pour les applications en courant continu : les limiteurs à base de MOSFET atteignent un temps de récupération 10 fois plus rapide et une limite de courant programmable par rapport aux thermistances passives

Erreurs Fréquentes

  • ✗Sous-dimensionnement de l'énergie nominale de la thermistance : l'énergie d'appel E = ½ × C × Vpeak² doit être absorbée sans dépasser le maximum autorisé en joules ; un condensateur de 1 000 µF à 400 VDC stocke 80 J, nécessitant une thermistance conçue pour une impulsion unique supérieure à 100 J
  • ✗Ignorer le temps de récupération thermique : les thermistances NTC ont besoin de 30 à 60 secondes pour refroidir après la mise hors tension ; un cycle rapide entraîne un échauffement cumulé et un déplacement permanent de la résistance
  • ✗Utilisation de thermistances sans relais de dérivation dans les applications à haute puissance : la dissipation de puissance continue au courant nominal peut dépasser 10 à 20 W, ce qui réduit l'efficacité et nécessite une dissipation thermique

Foire Aux Questions

Conformément à la norme IEEE Std 1100, les limiteurs de déclenchement protègent contre : (1) le déclenchement intempestif des disjoncteurs : les disjoncteurs standard de 15 A se déclenchent à 5 à 10 fois le courant nominal pendant plus de 10 ms, (2) la contrainte de la diode du redresseur — typique 1N5408 nominale pour une surtension maximale de 200 A, (3) le soudage par contact dans les interrupteurs/relais — un courant d'arc supérieur à 100 A peut provoquer une fusion permanente des contacts, (4) les émissions par conduction électromagnétique — di/dt rapide (10-100 A/µS) génère un bruit à large bande qui enfreint les limites du CISPR.
Selon le guide de conception Ametherm : les thermistances NTC exploitent une résistance dépendante de la température : la résistance au froid R (25 °C) limite le courant, l'auto-échauffement pendant le fonctionnement réduit la résistance à R_hot ≈ 0,1-0,2 × R (25 °C). La constante de temps τ = masse thermique/vitesse de refroidissement détermine l'échauffement (10 à 50 ms) et le refroidissement (30 à 60 s). Par exemple : l'Ametherm SL32 10015 fournit 10 Ω à 25 °C, tombant à 0,6 Ω à 15 A en régime permanent, avec une énergie nominale d'impulsion unique de 80 J.
Applications requises selon UL 60950 et IEC 62368 : (1) Redresseurs à condensateur à entrée > 50 W — condensateurs filtrants présentant un quasi-court-circuit sur le secteur, (2) Alimentations d'entrée du transformateur — l'appel magnétisant atteint 5 à 15 fois le courant en régime permanent, (3) Démarreurs moteurs — le courant du rotor bloqué est de 6 à 8 fois le courant de fonctionnement, (4) Modules remplaçables à chaud — la capacité de sortie de charge sans limitation dépasse le courant nominal du connecteur. Exception : les convertisseurs résonnants dotés d'un démarrage progressif inhérent peuvent ne pas nécessiter de limitation externe.
Selon la note d'application de Vishay, la cote énergétique varie en fonction de la masse thermique : E = m × Cp × ΔT, où m = masse (disque plus grand = plus de masse), Cp = chaleur spécifique (~0,9 J/g·°C pour le matériau NTC), ΔT = limite d'élévation de température (généralement 200-300 °C). Exemple : disque de 15 mm (5 g) avec augmentation de 250 °C : E = 5 × 0,9 × 250 = 1125 J. Disque standard de 10 mm : ~400 J. Pour une batterie de condensateurs de 80 J, un disque de 10 mm minimum est requis.
Selon le guide de sélection Epcos : (1) Calculez l'appel maximal sans limiteur : Ipeak = Vpeak/Zmains (généralement 0,2-0,5 Ω), (2) Déterminez l'appel maximal autorisé à partir des spécifications du redresseur/disjoncteur, (3) Calculez la résistance minimale au froid : R_cold > Vpeak/Imax, (4) Vérifiez que la cote énergétique dépasse ½ × C×V², (5) Vérifiez que la dissipation en régime permanent est acceptable. Exemple : condensateur 230 VAC, 470 µF, appel maximal de 20 A : R_cold > 325/20 = 16 Ω. Énergie = 0,5 × 470 µ×325² = 25 J. Sélectionnez un NTC de 22 Ω conçu pour plus de 50 J.

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