突入電流リミッタ (NTC) 計算ツール
低温抵抗、ピーク突入電流、時定数、吸収エネルギーなど、突入電流制限のための NTC サーミスタの要件を計算
公式
参考: TDK/EPCOS, NTC thermistors for inrush current limiting, application notes; Ametherm, How to select an inrush current limiter
仕組み
突入電流制限カリキュレータは、AC-DC電源、モータースタータ、およびコンデンサバンク充電回路に不可欠なソフトスタート保護用のサーミスタ抵抗、電力定格、および熱回復時間を決定します。パワー・システム・エンジニア、産業機器設計者、UPS開発者は、このツールを使用して、電源投入時の厄介なトリップやコンポーネントへのストレスを防いでいます。AmethermアプリケーションノートAN-1005によると、コンデンサ入力整流器の突入電流は、主電源インピーダンスが0.5 Ω の標準230VAC電源で、Ipeak = Vpeak/Rsource = 325V/0.5 Ω = 650 Aに達します。突入電流制限と耐性の要件は、IEC 61000-3-3（電磁適合性 — 電圧変化の制限）とIEC 62368-1（オーディオ/ビデオ、情報通信技術機器 — 安全要件）で規定されており、主電源に接続された機器に突入電流制限が義務付けられています。この1～5ミリ秒のサージは、整流ダイオード（通常は定格30～50Aのサージ）にストレスを与え、10〜20Aの回路ブレーカーをトリップさせ、EMI伝導放射を引き起こします。NTCサーミスタは高い耐寒性 (25℃で5-50 Ω ) を提供することで突入電流を低減し、定常動作中に自己発熱すると0.5〜2 Ω に低下します。Vishay BC Componentsのアプリケーションノートによると、サーミスタの定常状態抵抗は定格電流で冷間抵抗の 10 ～ 20% まで低下し、1 ～ 5 W 連続して消費します。電源サイクル間の回復時間は熱質量に依存します。標準のディスクサーミスタでは30〜60秒なので、オン/オフのサイクルが頻繁なアプリケーションでは制限されます。
計算例
500 W ATX 電源の突入電流制限を設計します。要件:突入電流をピーク時30A未満 (整流器のサージ定格内) に制限し、定常状態での損失を3 W未満、120 VACで動作。ステップ1: リミッタを使用しない場合のワーストケース突入電流の計算 — Ipeak = ピーク/配線 = 170 V/0.3 Ω = 567 A (電源インピーダンスが0.3 Ω と仮定)。ステップ2: 必要な耐寒性の計算 — アイピークが30A未満の場合: R_cold > 170 V/30 A-0.3 Ω = 5.4 Ω. マージンには10 Ω NTCを選択してください。ステップ 3: 定常状態の電流 — Iin = 500 W/ (120 V × 0.65 PF × 0.85 η) = 7.5 A RMS) を確認します。ステップ4: 高温抵抗の計算 — 7.5Aでは、10 Ω NTCは約1.5 Ω に低下します (アメザーム特性曲線によると)。価格 = 7.5² × 1.5 = 84 W — 許容できません!ステップ 5: 再設計 — バイパスリレー (接点定格AC 10 A) を使用する。NTC は 100 ms の起動時にのみアクティブになります。5 Ω NTC (Epcos B57364S509M) を選択してください。5 Ω のコールドリミットはピーク時34Aで、リレーに障害が発生した場合のワーストケースには3Wの連続定格が対応します。
実践的なヒント
- ✓Epcosのアプリケーションノートによると、200Wを超える電源にはバイパスリレー（起動後100〜500ミリ秒で起動）を使用してください。これにより、定常状態の損失が2〜5W（サーミスタ）から0.1W未満（リレー接点抵抗）に減少します。
- ✓信頼性のマージンを得るには、定常状態の電力定格が2倍のNTCサーミスタを選択してください。表面温度を85°C未満に保つには、消費電力が2Wのサーミスタの定格が4W以上である必要があります。
- ✓DCアプリケーション向けのアクティブ突入制御 (TI TPS2490) の実装 — MOSFETベースのリミッタは、パッシブサーミスタと比較して10倍速い回復時間とプログラム可能な電流制限を実現します
よくある間違い
- ✗サーミスタのエネルギー定格が小さすぎる — 突入エネルギー E = ½×C×Vpeak² は、最大許容ジュールを超えないように吸収する必要がある。400 VDCの1000 µFのコンデンサは80 Jを蓄えるため、100J以上のシングルパルス定格のサーミスタが必要
- ✗熱回復時間を無視すると、NTCサーミスタは電源オフ後に冷却するまでに30〜60秒かかります。急激なサイクルにより、累積加熱と永久的な抵抗シフトが発生します
- ✗高電力アプリケーションではバイパスリレーなしでサーミスタを使用する場合-定格電流での連続電力損失は10〜20Wを超える可能性があり、効率が低下し、ヒートシンクが必要になります
よくある質問
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