前言
為限制浪湧電流，常用的元件包含固定電阻、NTC 熱敏電阻與 PTC 熱敏電阻。本文著重探討 PTC 元件於預充電電路中的應用，並透過其熱敏特性，有效抑制通電初期所產生的浪湧電流。
什麼是PTC
PTC（Positive Temperature Coefficient Thermistor，正溫度係數熱敏電阻）是一種電阻值會隨溫度升高而顯著增加的電子元件，參見圖 1。此性質使其在眾多應用中成為理想的保護與電流控制元件。
圖 1：Thinking PPL 系列 PTC 的電阻-溫度特性曲線（來源：Thinking 興勤）
PTC 的特性：
- 在低溫時，PTC 電阻值較低，電流可正常通過。
- 當溫度升高至居里溫度後，電阻值急劇上升，進而限制電流。
- 溫度下降後，電阻值回復至低阻態，具備自我恢復特性。
PTC關鍵參數
- 最大工作電壓（Maximum Voltage, Vmax）： 在允許的操作溫度範圍內，PTC 可持續承受的最大電壓。實際工作電壓須小於 Vmax。
- 零功率電阻（Zero-power Resistance, R25）： 在 25°C 常溫下的初始電阻值。
- 不動作電流（Hold Current, Ihold）： 可通過但不會導致 PTC 進入高阻態的最大電流。
- 動作電流（Trip Current, Itrip）： 導致 PTC 進入高阻態的電流門檻。
備註：貼片型（SMD）PTC 元件會提供 Ihold 與 Itrip 規格，而插件型（引線型）則無此項目。
- 非動作能量（Non-operating Energy, ENon60）： 為常被忽略但極其重要的參數，定義在 60°C 環境下，PTC 尚未進入高阻態前所能吸收的最大能量，單位為焦耳（J）。元件尺寸越大，熱容量越高，ENon60 亦隨之上升。在如電容充電或突波吸收等短時間高能量輸入的應用中，若能量超過 ENon60，即使電流未達 Itrip，PTC 亦可能提前跳脫或損壞。設計時須確保元件實際發熱能量低於 ENon60。
- 操作溫度範圍： PTC 所處的工作環境溫度須於允許範圍內，以維持性能穩定。
PTC的選型流程
圖 2 顯示 PTC 在交流預充電應用中的典型電路。交流電源經整流器與 PTC 對大電解電容充電，當電容電壓達輸入電壓之 95% 以上時，繼電器啟動，藉此有效抑制系統浪湧電流。
圖 2：PTC 應用於預充電的典型電路示意圖
步驟一：計算 PTC 的 R25 允許範圍
最小值由允許的最大浪湧電流（IINRUSH）決定。需考量整流器、保險絲等元件的容許電流。單一電解電容的峰值電流不建議超過 60A。
最大值受限於系統性能。R25 越大，預充電時間越長，影響系統啟動的時間。
選型時可先評估合理的 R25 範圍，再依 PTC 型錄提供的標準阻值進行選擇。
步驟二：計算 PTC 的發熱量
電容儲存能量（EC）計算如下：
其中，C為濾波電容值；V為電容從0V充電後的直流電壓。
PTC 的發熱量（EPTC）可視為等於電容所儲存的能量 EC（不考慮整流器損耗）。假設系統最大輸入電壓 Vs = 240V AC，電容 C = 660 μF，則：
步驟三：從型錄中選擇合適的 PTC 元件
選型條件：
1. ENon60 > EPTC
2. 最大系統輸入電壓 < Vmax
3. 元件尺寸符合設計要求
PTC規格書中提及允許電容值公式解析
PTC 應用說明中所列允許電容公式如下：
其中，
C：濾波電容
0.7：安全係數
TC：PTC的居里溫度
TA：PTC的環境溫度
V：電容器充電直流電壓（交流電壓 × 1.414）
圖3：Thinking PTC應用和選型（來源：Thinking）
上一節提到PTC的發熱量EPTC和電容儲存的能量EC相等。因此，
將C項移動到等式左側得
因規定PTC的發熱量EPTC不得超過ENon60，所以
製造商的應用手冊定義了ENon60為
將公式(5)-(6)代入公式(4)，得
Excel計算工具
請到 OneDrive 下載計算工具 Calc_Tool_PTC.zip。
結論
進行 PTC 元件選型時，必須確保：
- PTC 的發熱量低於 ENon60
- 系統最大輸入電壓不得高於 Vmax
此外，本文亦針對供應商型錄所提供的電容公式進行解析，作為選型參考依據。
