Einschaltstrombegrenzung mit NTC- und PTC-Thermistoren von Epcos: Einfaches Design und hoher Schutz

In AC/DC-Schaltnetzteilen werden nach der Gleichrichtung oft hochkapazitive Kondensatoren zur Glättung und Stabilisierung der Gleichspannung verwendet. Sind sie im Einschaltmoment entladen, stellen im Moment des Einschaltens einen Kurzschluss dar. Die dabei auftretenden extrem hohen Ströme können zur Zerstörung des Gleichrichters führen oder lösen die Netzsicherung aus. Gleiches gilt auch bei induktiven Lasten mit größeren Transformatoren in klassischen Netzteilen. Auch beim Anlauf von Motoren können extrem hohe Einschaltströme auftreten. Eine mögliche Lösung ist eine aktive Einschaltstrombegrenzung mit einem ausreichendem Widerstand. Dieser wird nach dem Einschaltvorgang mit einem Schalter (Triac) oder Relais gebrückt, um Verluste zu vermeiden. Diese Konstruktion stellt einen Kostenpunkt dar.

Als kostengünstige und sehr zuverlässige Alternative bieten sich hier EPCOS NTC- oder PTC-Thermistoren als Einschaltstrombegrenzer (ICL, Inrush Current Limiter) an. Je nach Umgebung und Einsatzbereich haben beide Lösungsmöglichkeiten ihre Vorzüge.

Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizent (NTC)

Im kalten Zustand, z.B. bei Zimmertemperatur, absorbiert der hohe Anfangswiderstand des Einschaltstrombegrenzers effektiv den Einschaltspitzenstrom. Mit der Belastung wird der NTC-Thermistor erwärmt und der Widerstand sinkt auf einige Prozent seines Ausgangswertes. Der Stromverbrauch des Einschaltstrombegrenzers ist daher im Dauerbetrieb für kleine bis mittlere Leistungen vernachlässigbar. Die alleinige Schaltung eines NTC-ICLs in Reihe ist eine kostengünstige Lösung der passiven Einschaltstrombegrenzung bis ca. 500W. Bei höheren Leistungen wird der ICL nach Abklingen der Einschaltstromspitze üblicherweise mit einem Relais oder TRIAC überbrückt.  

Hauptmerkmale

• Sichere Begrenzung von Einschaltströmen
• Hohe Energieabsorption und Zuverlässigkeit
• Bis 24A Dauerlast
• Geringe Verluste im Betrieb
• Bedrahtete Lösung
• UL zertifiziert (E69802)

Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizent (PTC)

Bei z.B. recht hohen oder auch niedrigen Umgebungstemperaturen kann der Einsatz eines NTC-ICLs nicht mehr sinnvoll sein. Ist die Temperatur zu hoch kann der Widerstand des NTC-ICLs im Einschaltmoment zu niedrig sein, um den Einschaltstrom ausreichend zu begrenzen. Ist die Temperatur zu niedrig ist ggf. die Abkühlung des NTC-ICLs so stark, dass er gar nicht in einen niederohmigen Zustand übergeht. In diesen Fällen bietet ein PTC-ICL eine Lösung, der aufgrund seiner Eigenschaften nach dem Einschaltvorgang gebrückt werden muss. Im Vergleich zu einem einfachen ohmschen Widerstand hat der PTC-ICL mit dem Anstieg des Widerstandes zu hohen Temperaturen eine integrierte Schutzfunktion. Reine ohmsche Widerstände als ICL müssen dagegen deutlich überdimensioniert werden, um bei Störungen, die eine thermische Belastung bewirken (z.B. Kurzschluss), die entstehende Verlustleistung abzuführen. Ein PTC-ICL wird in diesen Fällen einfach hochohmig und kann problemlos mit der Versorgungspannung beaufschlagt werden.

Hauptmerkmale

• Begrenzung von Einschaltströmen mit integrierter Schutzfunktion/Sicherung
• Sehr gute Alternative gegenüber Festwiderstand
• Nennspannung bis 2.000V
• R_R: 25 bis 7.500Ohm
• UL zertifiziert (E69802)
• Teilweise AEC-Q200

Anwendungsgebiet

• Schaltnetzteile (SMPS)
• 50Hz Netzteile
• Motoren
• Induktive und kapazitive Lasten

Anwendernutzen

• Einfaches Design und Dimensionierung
• Kostengünstige Lösung
• Flexibler und weniger verlustbehaftet als mit Festwiderstand