热敏电阻如何保护功率二极管

PTC（Positive Temperature Coefficient thermistor）是一种电阻值随温度升高而急剧增加的热敏电阻。

1. 保护原理：过流保护

PTC在这里扮演的角色是 “自恢复保险丝” 。

正常工作状态：在额定电流和常温下，PTC的电阻值非常低（通常只有几欧姆甚至更小），对电路影响很小。

过流或短路状态：当电路发生故障（如负载短路）导致电流急剧增大时，流经PTC的大电流会使它自身发热（I²R加热）。

保护动作：温度升高到其居里点后，PTC的电阻值会急剧增大（跃变），甚至达到高阻态（相当于“断开”），从而有效地限制乃至切断电路中的电流。

自动恢复：当故障排除、断电后，PTC温度下降，电阻值会自动恢复到低阻态，电路恢复正常。无需像普通保险丝那样需要更换。

2. 应用场景与连接方式

连接方式：串联在需要保护的主功率回路中，通常位于电源输入端或功率二极管所在的支路。

保护对象：它保护的不仅仅是功率二极管，而是整个支路，防止因过流或短路导致二极管和其他元件（如开关管）因电流过大而烧毁。

当负载短路时，电流激增，P发热并跃变为高电阻，限制了通往功率二极管的电流，保护了它。

3. PTC与NTC在过流保护上的区别

虽然两者都响应温度，但机制不同：

NTC（用于浪涌抑制）：其自身的工作电流导致发热，从而从高阻态变为低阻态。它是一个“启动辅助”器件。

PTC（用于过流保护）：回路中的异常大电流导致其发热，从而从低阻态变为高阻态。它是一个“保护”器件。

总结对比：PTC VS NTC 在功率二极管电路中的应用
特性	NTC (负温度系数热敏电阻)	PTC (正温度系数热敏电阻)
电阻特性	电阻随温度升高而 减小	电阻随温度升高而 急剧增加
主要保护目的	1. 抑制浪涌电流 (串联)  2. 温度监测 (作为传感器)	过流与短路保护 (串联)
工作原理	利用冷态高阻限制开机电流， 发热后变为低阻不影响运行。	正常时低阻， 异常过流时发热变为高阻以切断电路。
角色	浪涌抑制器、温度传感器	自恢复保险丝
响应速度	对浪涌电流响应很快（毫秒级）	相对较慢（秒级），有动作时间， 适合过载而非急速短路
复位方式	浪涌应用：需冷却后恢复高阻 测温应用：实时变化	自动恢复，断电冷却后即可
典型安装位置	浪涌抑制：串联于AC输入 温度监测：贴近二极管/散热器	串联于需要保护的DC支路中

在实际的高可靠性电源设计中，这两种保护方案常常同时被采用，为功率二极管提供从瞬间到长期的全面保护。

NTC 主要用于 抑制浪涌电流 和 温度监测。

PTC 主要用于 过流保护，其本质是一种可复位的“保险丝”。

结论与设计考量

在一个复杂的电源系统中，NTC和PTC可能会同时出现，各司其职：

在AC输入端：串联一个NTC，用于抑制开机时对整流桥和滤波电容的浪涌电流冲击。

在关键的DC输出支路：串联一个PTC，作为自恢复保险丝，防止该支路因负载短路等故障而发生过流，保护该支路上的功率二极管和开关管。

在散热器上：放置一个NTC，作为温度传感器，实时监测功率二极管和开关管的温度，并提供给MCU实现过热保护。