モータ、トランス、駆動装置、安定器、電源などの電気機器のスイッチを入れると、ピーク突入電流が回路の定常動作電流の数倍になることがあります。
この突入電流の影響は、回路コンポーネントを壊滅的にする可能性があります。 スイッチおよびリレーでの接点の振動により、ポイント間にアークが発生し、接点が窪みを生じる可能性があります。 これにより、スイッチの接点が溶着することもあります。 大きな突入電流はコンバータ、入力整流器、およびコンデンサに深刻なストレスを与え、やっかいなヒューズや回路ブレーカの障害の最も一般的な原因となっています。
この損傷や故障を防ぐために、適切な調整デバイスを回路に配置する必要があります。 これらは突入電流リミッタと呼ばれ、選択するときに考慮すべきいくつかの異なるオプションがあります。
抵抗器
非常に小さな電源（最大数ワット）の場合、突入電流を制限するためのシンプルで実用的なソリューションは、ラインと直列に抵抗を追加することです。
ただし、ピーク突入電流を制限するために必要な大きな抵抗は、効率の大きな損失を引き起こし、より高いワット数のデバイスには適していません。
サーミスタ
サーミスタは、その部品自体の温度の変化に伴って抵抗が大きく変化する電子部品です。 それは実際には「熱抵抗器（thermal resistor）」という言葉の短縮形です。 これらは、電流リミッタとして常用されています。
これらに2つのタイプがあります。
- NTC（負の温度係数）
- PTC（正の温度係数）
それらは、室温（25℃）での抵抗値を基準にしています。
NTC
NTCを備えた回路に電力が供給されると、NTCの抵抗は高い抵抗値から始まります。 突入電流が流れ、コンバータが定常状態で動作すると、NTCが加熱され、抵抗値が低下します。
NTCは、低温時にのみ突入電流を制限します。 電源がオフになり、すぐに再びオンになると、NTCは冷却する時間がないため、突入電流を制限しません。
突入電流を制限するには、NTCを負荷回路と直列に接続する必要があります。 複数のリミッタを直列に接続して、減衰を高めることもできます。 突入電流リミッタを並列に接続しないでください。
PTC
過電流から保護するために、従来のヒューズの代わりにPTCサーミスタも使用されます。 許容できないほどの高電流に応答するだけでなく、設定温度を超えた場合にも応答します。 それらは抵抗値を増加させ、それにより電流を減少させることにより回路全体の電力消費を制限します。
PTCの電圧-電流特性曲線は、短絡または過電流保護デバイスとして理想的な候補です。 負荷と直列に接続されている場合、PTCは低抵抗状態のままで、電流に対する減衰はごくわずかです。 短絡または過電流状態が発生すると、PTCが高抵抗状態に切り替わり、回路内の電流を通常の動作レベルを大幅に下回るように制限します。 障害状態が解消されると、PTCは低抵抗状態に戻り、電流が通常のレベルに回復するようになります。
温度感知アプリケーションでは、いくつかのPTCを直列に接続することができますが、より高い電圧定格を得るためにそれらを直列に接続しないでください。 2つのデバイスがまったく同じではないため、一方が他方よりも速く加熱する傾向があり、それによって他方のデバイスを流れる電流が制限され、そのデバイスの抵抗値が上昇しません。従って、その電圧降下が大きくならず、全体の電圧降下も大きくなりません。
PTCサーミスタが負荷と直列に接続されている場合、PTCサーミスタは高抵抗になって応答し、電源電圧のほぼ全体が、サーミスタにかかることになります。 したがって、Vmaxは十分に高く選択する必要があります。 考えられる電源電圧の変動も許容する必要があります。
PTCは十分な電流の定格が必要です。 この定格は、どのような状況でもサーミスタが故障しない電流です。
最大許容スイッチング電流を超える条件があるかどうかを調べる必要があります。 大きすぎるスイッチング電流によるPTCの過負荷を回避する必要があります。 リスクの可能性がある場合は、サーミスタと直列に抵抗を接続することで対処できます。
突入電流リミッタは、抵抗が高いために適切な突入電流制限を提供できるのですが、低温状態に戻るには時間が必要であることを考慮してください。 クールダウン時間は、特定のデバイス、その取り付け方法、および周囲温度によって異なります。 通常のクールダウン時間は約1分です。
突入電流リミッタが抵抗の初期レベルに戻るために必要なクールダウン/回復時間によって引き起こされる問題を排除するためにエンジニアが採用できる設計技術があります。 基本的に、これには、突入電流リミッタが機能を実行した後に回路から外れるように突入電流保護を設計することが必要です。 最初のサージが過ぎたらサーミスタを回路から取り除くことにより、サーミスタは冷却する機会ができ、電源が切れた後の次のサージに対応する準備ができています。
この手法では、突入電流リミッタと並列にリレーまたはトライアックのいずれかを追加し、さらにそれを制御するために必要な回路を追加する必要があります。 保護回路のすべてのコンポーネントは、ラインへの入力と直列になります。 突入電流がサーミスタによって吸収されると、トライアックが点弧を開始するか、リレーが閉じます。
これらの電流制限デバイスは、さまざまな構成と保護コーティングで利用でき、ほとんどすべてのアプリケーションに適合します。 一般に、ビーズタイプのサーミスタは、高い安定性と信頼性、速い応答時間、および高温での動作を提供します。 ディスクとチップのタイプは一般にビーズよりも大きいため、比較的遅い応答時間を示します。 ただし、通常、損失定数が大きくなるため、測定、制御、および補償アプリケーションで電力をより適切に処理できます。 それらは通常、低コストであり、互換性のある特性を備えており、容易に入手できます。
アプリケーションの突入電流リミッタを選択する際に考慮すべきいくつかの事柄は、エネルギー定格、最大突入電流、および抵抗値です。 次の式は、選択プロセスに役立ちます。
突入電流リミッタの選択
最大許容サージ電流とオームの法則（V / I = R）を使用して、アプリケーションに必要な最小抵抗値を決定します。
ピーク電圧/最大突入電流 = 必要な最小抵抗値
- Vp /（突入電流）max = R
SSIの決定
- 突入電流リミッタを流れる最大定常電流を決定します。
- SSI =出力電力/（入力電圧 x 効率）
温度範囲
- デバイスが指定された温度範囲で動作することを確認します。 通常は約25℃ですが、一部のデータシートには、必要に応じて追加の温度要件に対する抵抗温度曲線が記載されています。
環境の影響
- データシートをチェックして、ポッティングおよびシーリングコンパウンドの化学物質や使い方がサーミスタで使用できるものであることを確認します。 特定の化学物質によって引き起こされるチタン酸セラミックの減少は、低抵抗の導電経路の形成または熱特性の変化をもたらし、過熱や故障につながる可能性があります。
サーミスタの利点
ご覧のとおり、突入電流にサーミスタを使用することには多くの利点があります。
- 部品コストの削減
- シンプルなデザイン
- 大幅に少ないボードスペース
- 自己保護
結論として：
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突入電流が大きいと、回路コンポーネントに深刻な損傷を与える可能性があります。
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これらの損傷や故障を防ぐために、適切な調整デバイスを回路に配置する必要があります。
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突入電流リミッタは、部品の温度変化に伴って抵抗値の大きな変化を示す電子部品であり、突入電流の制御に使用されます。
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抵抗器は、ワット数が非常に小さいアプリケーションで使用できます。
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サーミスタ（PTCおよびNTC）は、より大きな突入電流アプリケーションを制御するために使用されます。
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回路に電力が供給されると、NTCの抵抗値は高い状態です。突入電流が流れ、コンバータが定常状態で動作した後、NTCが加熱され、抵抗値が低下します。
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PTCは通常は低抵抗状態のままなので、電流の減衰はごくわずかです。 短絡または過電流状態が発生すると、PTCは高抵抗状態に切り替わり、回路内の電流が制限されます。
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突入電流リミッタは、冷めた状態に戻るのに時間が必要です。
*選択の基準は、基準温度、最小抵抗値、最大SSI（定常状態電流）定格電流、および最大許容スイッチング電流です。 -
アプリケーションに最適なサージリミッタを選択するには、適切な電流定格を持った使用可能なもののうち最小のものを選択します。