温度开关在开关电源的应用及选型方法

    开关电源,又称交换式电源、开关变换器,是一种高频化电能转换装置,是电源供应器的一种,产品广泛应用于工业自动化控制、智能家居、科研设备、LED照明等领域。随着技术的发展,其单位功率密度也在不断地提高。但它们工作时会产生大量的热量如果不能把这些热量控制在一个合理的水平将会影响开关电源 的正常工作,严重时会损坏开关电源,这就需要开关电源有较高的过热保护能力。温度开关在控制电源过热过程中,起到及其重要的作用,本文就针对安的温度开关在开关电源行业的应用方法及注意事项进行探讨。

一、基本应用情况简介

1、什么样的开关电源会使用到温度保护?

a:一般功率大于100瓦或者150瓦的中大功率电源会选择使用保护器,因为功率较大,发热量较大,而功率较小的室内照明用电源则很少使用;

b:环境温度较高的LED照明或者LED显示屏也会应用,由于这类应用环境温度较高,很容易导致过热现象,而工控电源和医疗电源一般环境温度较低,一般不会选用;

c:结构设计比较紧凑的开关电源,如矿灯电源、衣橱柜电源等散热环境不好,都需要加装温度开关进行过热保护;

d:还有一些特殊电源如军工电源,出于万无一失的考虑,不光有过压、过流、短路等保护,也有过热保护,也需要加装温度开关。

2、保护温度和安装位置

     使用的保护温度从85~125度都有,一般最高温度不超过125度,原因是发热量最大的晶体管最高温度不能超过125度,温度再高会导致晶体管烧毁;安装位置一般为贴在散热器上、变压器线圈上、贴紧MOS管、用安装支架锁在外壳内壁,截止焊接在电路板上等位置,安装位置一般取决于方案设计,需要保护哪个位置的器件则放在哪个位置,如贴紧变压器线圈或者MOS管。而整体灌胶的产品,由于环氧树脂的热传导性较好,直接焊接在电路板上可以感知整个电源的内部温度。

3、体积尺寸

一般电源由于内部空间较大,对于温度开关的体积要求不高,而超薄型电源对于温度开关有苛刻的体积要求。

二、如何选型

  安的电子为满足不同用户需求,研发了多个系列的热保护器,可根据产品方案的实际需求选择不同的型号满足开关电源的设计需求发挥产品良好的性能。因此热保护器选型可以从以下几个方面考虑:

1、热保护器安装位置对动作温度选型的影响

选择动作温度时应充分考虑产品的安装位置

a: 贴紧在MOS管上,温度一般为125度,主要是为了保护MOS管不会因为过热而烧毁;

b:放在变压器线圈上还需要考虑漆包线的绝缘等级,温度低于该绝缘等级的耐热温度即可;

c;放在外壳和散热器上的保护温度一般较低,因为从发热源传到外壳或者散热器上,热量已经有损耗。

2、电压电流

  用于开关电源的方案一般会放在控制回路,所以电压和电流都很小,主要传输信号用,对温度开关的影响不大。正常BW-BCP系列(24V 6A)都能满足。

3、体积

       一款电子产品的应用设计往往最先满足产品功能设计,最后才考虑供电电源。然而进入电源开关设计的阶段往往会发现设备能用的空间已经所剩无几,常用方法是寻找小体积开关电源适配器,因此紧凑型的电源开关对热保护器的体积也相应有较高的要求。

     BW-BCP系列是一款性价比非常高小体积长条形温度开关,尺寸为15X7X3.5MM,可以满足95%的电源因产品结构紧凑而要求体积偏小的温度开关。而对体积要求更为苛刻的超薄型电源,一般我们会推荐性能更佳且体积仅12X5.4X2.4MM的BW-ECP系列。

BW-B系列
BW-B系列
BW-E系列

三、使用注意事项

作为热敏元器件,温度开关对温度感应非常灵敏,相同一款产品有可能因其安装方法不同而导致其性能有极大差别。因此,其安装形式需充分考虑以下几点因素:

1、安装支架对保护器的影响

很多用金属安装支架锁死在散热器表面或者外壳内壁的温度开关会失效,原因是安装支架的弹片压力过大,把温度开关的塑料外壳压变形,导致内部结构受损而造成的温度开关失效。正确做法是选用压力适中的弹片,既能保证压紧又不破坏保护器结构。安的电子有自己定制的安装支架,已经充分考虑到安装过程中的这个问题。

2、灌胶的影响

很多电源包括防水电源,会在电源壳内灌满环氧树脂,这个过程对保护器没有影响;但有些厂家会采用抽真空的工艺加快灌装速度或者为了让环氧进入每个缝隙和角落,加强绝缘效果,如果抽真空的压力值较大,可能会产生环氧进入温度开关内部导致失效的情况,针对这个现象,安的会采取特殊工艺处理,使得温度开关本身的密封做的更好

3、美规双重绝缘的要求

出口到美国需要做UL认证的电源,很多时候对温度开关有双重绝缘的要求,即在保护器塑料壳和绝缘导线外面再增加一个热缩套管,厚度要求一般为0.4mm以上,增加热缩套管后的绝缘耐压能达到4000V以上。

四、温度开关同NTC热敏电阻在开关电源应用的优缺点对比

1、优点:

  使用机械式温度开关的一般称为硬件方案。硬件方案的有点是电路设计比较简单,软件程序部分也简化,可靠性高;特别是在出口美国的机型上,由于软件部分很难通过UL认证且费用高,则硬件方案优势明显。

2、缺点:

温度开关的精度一般为正负5度,而NTC热敏电阻控温的精确度能达到正负2度,而从日本进口的NTC有的能达到更高精度

3、成本对比

单个温度开关与进口NTC成本相当,比国产NTC贵很多。如果算整体成本则要看IC的情况,在IC没有外围电路的情况下,IC+温度开关的总成本低于IC+外围电路+NTC的总成本;但在IC本身内置了外围电路的情况下,用温度开关的方案成本高。

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