Co je termistor? Použití termistorů k omezení rázového proudu v napájecích zdrojích. Použití termistoru jako aktivního senzoru

Vývoj elektroniky každým rokem nabírá na obrátkách. Ale navzdory novým vynálezům elektrická schémata Aha, přístroje navržené na začátku 20. století fungují spolehlivě. Jedním z takových zařízení je termistor. Tvar a účel tohoto prvku jsou tak rozmanité, že jej v obvodu mohou rychle najít pouze zkušení elektrikáři. Můžete pochopit, co je termistor, pouze pokud máte znalosti o struktuře a vlastnostech vodičů, dielektrik a polovodičů.

Popis zařízení

Teplotní senzory jsou široce používány v elektrotechnice. Téměř všechny mechanismy využívají analogové a digitální teploměrové mikroobvody, termočlánky, odporové senzory a termistory. Předpona v názvu zařízení označuje, že termistor je zařízení závislé na vlivu teploty. Množství tepla v prostředí je hlavním ukazatelem jeho provozu. Vlivem ohřevu nebo chlazení se mění parametry prvku, objeví se signál, který je k dispozici pro přenos do řídicích nebo měřicích mechanismů.

Termistor je elektronické zařízení, ve kterém jsou hodnoty teploty a odporu závislé v nepřímém poměru.

Existuje pro to jiný název - termistor. Ale to není úplně správné, protože ve skutečnosti termistor je jedním z podtypů termistoru. Změna tepla může ovlivnit odpor odporového prvku dvěma způsoby: buď zvýšením, nebo snížením.

Proto se podle teplotního koeficientu tepelné odpory dělí na RTC (kladné) a NTC (negativní). Rezistory RTS se nazývají posistory a rezistory NTC se nazývají termistory.

Rozdíl mezi zařízeními RTS a NTC je v tom, že jejich vlastnosti se při vystavení klimatickým podmínkám mění. Odpor pozistorů je přímo úměrný množství tepla v okolí. Když se NTC zařízení zahřejí, jeho hodnota klesá.

Zvýšení teploty pozistoru tedy povede ke zvýšení jeho odporu a pro termistor - k poklesu.

Typ termistoru na el schémata zapojení vypadá jako obyčejný rezistor. Charakteristickým znakem je přímka pod úhlem, která prvek přeškrtává. To ukazuje, že odpor není konstantní, ale může se měnit v závislosti na zvýšení nebo snížení teploty v prostředí.

Hlavní látkou pro vytváření pozistorů je titaničitan barnatý. Technologie výroby NTC zařízení je složitější kvůli míchání různých látek: polovodičů s nečistotami a skelnými oxidy přechodných kovů.

Klasifikace termistorů

Rozměry a provedení termistorů jsou různé a závisí na oblasti jejich použití.

Tvar termistorů může připomínat:

Nejmenší termistory jsou ve formě kuliček. Jejich rozměry jsou menší než 1 milimetr a vlastnosti prvků jsou stabilní. Nevýhodou je nemožnost vzájemné substituce v elektrických obvodech.

Klasifikace termistorů podle počtu stupňů v Kelvinech:

  • ultra vysoká teplota - od 900 do 1300;
  • vysoká teplota - od 570 do 899;
  • střední teplota - od 170 do 510;
  • nízká teplota - až 170.

Maximální zahřívání, i když je pro termočlánky přijatelné, ovlivňuje jejich výkon tím, že zhoršuje kvalitu a způsobuje významné chyby ve výkonu.

Technické vlastnosti a princip činnosti

Výběr termistoru pro řídicí nebo měřicí mechanismus se provádí podle jmenovitého pasu nebo referenčních údajů. Princip činnosti, hlavní charakteristiky a parametry termistorů a pozistorů jsou podobné. Některé rozdíly ale stále existují.

RTS - prvky jsou hodnoceny třemi definujícími ukazateli: teplotní a statické voltampérové ​​charakteristiky, tepelný koeficient odporu (TCR).

Termistor má širší seznam.

Kromě parametrů podobných pozistoru jsou indikátory následující:

  • jmenovitý odpor;
  • disipační koeficienty, energetická citlivost a teplota;
  • časová konstanta;
  • maximální teplota a výkon.

Z těchto indikátorů jsou hlavními, které ovlivňují výběr a hodnocení termistoru:

  • jmenovitý odpor;
  • tepelný koeficient odporu;
  • ztráta výkonu;
  • Rozsah provozních teplot.

Jmenovitý odpor se určuje při konkrétní teplotě (obvykle dvacet stupňů Celsia). Jeho hodnota v moderních termistorech se pohybuje od několika desítek až po stovky tisíc ohmů.

Určitá chyba v nominální hodnotě odporu je přijatelná. Nemůže to být více než 20 % a musí být uvedeno v pasových údajích zařízení.

TCS závisí na teple. Nastavuje velikost změny odporu, když teplota kolísá o jeden dílek. Index ve svém označení udává počet stupňů Celsia nebo Kelvina v době měření.

Uvolňování tepla na součásti se objevuje v důsledku toku proudu přes ni, když je připojen k elektrickému obvodu. Ztrátový výkon je hodnota, při které se odporový prvek zahřeje z 20 stupňů Celsia na maximální přípustnou teplotu.

Interval provozních teplot ukazuje hodnotu, při které zařízení dlouhodobě funguje bez chyb a poškození.

Princip činnosti tepelných odporů je založen na změně jejich odporu působením tepla.

To se děje z několika důvodů:

  • v důsledku fázové transformace;
  • ionty s proměnnou valenční výměnou elektronů intenzivněji;
  • koncentrace nabitých částic v polovodiči je distribuována jiným způsobem.

Termistory se používají ve složitých zařízeních, která se používají v průmyslu, zemědělství a elektronických obvodech automobilů. Nacházejí se také v zařízeních, která obklopují člověka v každodenním životě - pračky, myčky nádobí, ledničky a další zařízení s regulací teploty.

Termistor je teplotně citlivý prvek vyrobený z polovodičového materiálu. Chová se jako rezistor citlivý na změny teploty. Termín "termistor" je zkratka pro teplotně citlivý odpor. Polovodičový materiál je materiál, který vede elektřina lepší než dielektrikum, ale ne tak dobrý jako vodič.

Princip činnosti termistoru

Stejně jako odporové teploměry používají termistory změny hodnoty odporu jako základ měření. Odpor termistoru je však nepřímo úměrný změnám teploty, spíše než přímo úměrný. Se zvyšující se teplotou v okolí termistoru klesá jeho odpor a s klesající teplotou se jeho odpor zvyšuje.

Ačkoli termistory poskytují měření stejně přesné jako odporové teploměry, termistory jsou často navrženy pro měření v užším rozsahu. Například rozsah měření odporového teploměru může být -32 °F až 600 °F, zatímco termistor by naměřil -10 °F až 200 °F. Rozsah měření pro konkrétní termistor závisí na velikosti a typu použitého polovodičového materiálu.

Stejně jako teploměry reagují termistory na změny teploty proporcionálně se měnícím odporem a oba se často používají v můstkových obvodech.

V tomto obvodu bude změna teploty a inverzní vztah mezi teplotou a odporem termistoru určovat směr toku proudu. Jinak bude obvod fungovat stejně jako v případě odporového teploměru. Se změnou teploty termistoru se mění jeho odpor a můstek se stává nevyváženým. Nyní bude zařízením protékat proud, který lze měřit. Měřený proud lze převést na jednotky teploty pomocí převodní tabulky nebo odpovídající kalibrací stupnice.

NTC a PTC termistory

V současné době průmysl vyrábí širokou škálu termistorů, pozistorů a NTC termistorů. Každý samostatný model nebo se vyrábí řada pro provoz v určitých podmínkách, jsou na ně kladeny určité požadavky.

Pouhé vypisování parametrů pozistorů a NTC termistorů tedy bude málo platné. Půjdeme trochu jinou cestou.

Pokaždé, když se vám dostane do rukou termistor se snadno čitelnými značkami, musíte najít referenční list nebo datový list na tento model termistor.

Pokud nevíte, co je datasheet, doporučuji vám podívat se na tuto stránku. Stručně řečeno, datový list obsahuje informace o všech hlavních parametrech této komponenty. Tento dokument uvádí vše, co potřebujete vědět, abyste mohli aplikovat konkrétní Elektronická součástka.

Tento termistor jsem měl na skladě. Podívejte se na fotku. Zpočátku jsem o něm nic nevěděl. Informací bylo minimum. Soudě podle označení se jedná o PTC termistor, tedy posistor. Je to na něm napsáno - PTC. Následuje označení C975.

Zpočátku se může zdát, že je nepravděpodobné, že o tomto posistoru bude možné najít alespoň nějaké informace. Ale, nevěšte nos! Otevřete prohlížeč, zadejte do Googlu frázi jako je tato: „posistor c975“, „ptc c975“, „datový list ptc c975“, „datový list ptc c975“, „datový list pozitoru c975“. Dále zbývá pouze najít datasheet tohoto posistoru. Datové listy jsou zpravidla formátovány jako soubor PDF.

Z nalezeného datasheetu na PTC C975, dozvěděl jsem se následující. Vyrábí ho EPCOS. Celý název B59975C0160A070(řada B599*5). Tento PTC termistor se používá k omezení proudu, když zkrat a přetížení. Tito. Toto je druh pojistky.

Dám tabulku s hlavním technická charakteristika pro řadu B599*5 a také stručné vysvětlení všeho, co všechna tato čísla a písmena znamenají.

Nyní obraťme svou pozornost elektrické charakteristiky konkrétní produkt, v našem případě se jedná o pozistor PTC C975 (plné označení B59975C0160A070). Podívejte se na následující tabulku.

    já R - Jmenovitý proud (mA). Jmenovitý proud. To je proud, který daný posistor vydrží dlouhodobě. Taky bych to nazval funkční, normální proud. U pozistoru C975 je jmenovitý proud něco málo přes půl ampéru, konkrétně 550 mA (0,55A).

    JE - Spínací proud (mA). Spínací proud. To je množství proudu protékajícího posistorem, při kterém jeho odpor začne prudce narůstat. Pokud tedy pozistorem C975 začne protékat proud větší než 1100 mA (1,1A), začne plnit svou ochrannou funkci, respektive začne omezovat protékající proud z důvodu zvýšení odporu. . Spínací proud ( JE) a referenční teplota ( Tref) jsou zapojeny, protože spínací proud způsobí zahřátí pozistoru a jeho teplota dosáhne úrovně Tref, při kterém se zvyšuje odpor pozistoru.

    já Smax - Maximální spínací proud (A). Maximální spínací proud. Jak můžeme vidět z tabulky, pro tuto hodnotu je také uvedena hodnota napětí na pozistoru - V=Vmax. To není náhoda. Faktem je, že každý posistor může absorbovat určitý výkon. Pokud překročí přípustný limit, selže.

    Proto je napětí uvedeno i pro maximální spínací proud. V tomto případě se rovná 20 voltům. Vynásobením 3 ampér 20 volty získáme výkon 60 wattů. Přesně takový výkon dokáže absorbovat náš posistor při omezování proudu.

    já r- Zbytkový proud (mA). Zbytkový proud. Jedná se o zbytkový proud, který protéká pozistorem po jeho aktivaci a začíná omezovat proud (například při přetížení). Zbytkový proud udržuje posistor vyhřívaný, takže je v „teplém“ stavu a působí jako proudový omezovač, dokud není odstraněna příčina přetížení. Jak vidíte, v tabulce je uvedena hodnota tohoto proudu pro různá napětí na pozistoru. Jeden za maximum ( V=Vmax), další pro nominální ( V=V R). Není těžké uhodnout, že vynásobením omezovacího proudu napětím získáme výkon, který je potřeba k udržení ohřevu pozistoru v aktivovaném stavu. Pro posistor PTC C975 tento výkon je 1,62~1,7W.

    Co se stalo R R A Rmin Následující graf nám pomůže pochopit.

      R min - Minimální odpor (Ohm). Minimální odpor. Nejmenší hodnota odporu pozistoru. Minimální odpor, který odpovídá minimální teplotě, po které začíná rozsah s kladným TCR. Pokud si podrobně prostudujete grafy pro posistory, všimnete si, že až na hodnotu T Rmin Odpor pozistoru naopak klesá. Tedy posistor při teplotách pod T Rmin se chová jako „velmi špatný“ NTC termistor a jeho odpor (nepatrně) klesá s rostoucí teplotou.

      R R - Jmenovitý odpor (Ohm). Nominální odpor. Toto je odpor pozistoru při nějaké dříve určené teplotě. Obvykle toto 25 °C(méně často 20°С). Zjednodušeně řečeno se jedná o odpor pozistoru při pokojové teplotě, který snadno změříme jakýmkoliv multimetrem.

      Schválení - doslovně přeloženo, toto je schválení. To znamená, že to schvaluje taková a taková organizace, která se zabývá kontrolou kvality atd. Nijak zvlášť nezajímá.

      Objednací kód - sériové číslo. Tady je to, myslím, jasné. Kompletní označení produktu. V našem případě je to B59975C0160A070.

    Z datasheetu k pozistoru PTC C975 jsem se dozvěděl, že jej lze použít jako samoresetovací pojistku. Například v elektronickém zařízení, které v provozním režimu spotřebovává proud maximálně 0,5A při napájecím napětí 12V.

    Nyní si povíme něco o parametrech NTC termistorů. Připomínám, že NTC termistor má záporný TCS. Na rozdíl od pozistorů při zahřátí odpor NTC termistoru prudce klesá.

    Na skladě jsem měl několik NTC termistorů. Instalovaly se především do napájecích zdrojů a všemožných pohonných jednotek. Jejich účelem je omezit rozběhový proud. Rozhodl jsem se pro tento termistor. Pojďme zjistit jeho parametry.

    Jediné znaky na těle jsou následující: 16D-9 F1. Po krátkém hledání na internetu se nám podařilo najít datasheet k celé řadě termistorů MF72 NTC. Konkrétně naše kopie je MF72-16D9. Tato řada termistorů se používá k omezení zapínacího proudu. Následující graf jasně ukazuje, jak NTC termistor funguje.

    V počátečním okamžiku, kdy je zařízení zapnuto (například spínaný zdroj notebooku, adaptér, napájecí zdroj počítače, Nabíječka), odpor NTC termistoru je vysoký a absorbuje proudový impuls. Poté se zahřeje a jeho odpor se několikrát sníží.

    Zatímco zařízení pracuje a spotřebovává proud, je termistor ve vyhřívaném stavu a jeho odpor je nízký.

    V tomto režimu neklade termistor prakticky žádný odpor proudu, který jím prochází. Jakmile je elektrický spotřebič odpojen od zdroje, termistor vychladne a jeho odpor se opět zvýší.

    Obraťme naši pozornost na parametry a hlavní charakteristiky NTC termistoru MF72-16D9. Pojďme se podívat na tabulku.

      R 25 - Jmenovitý odpor termistoru při 25°C (Ohm). Odolnost termistoru při okolní teplotě 25°C. Tento odpor lze snadno změřit multimetrem. Pro termistor MF72-16D9 je to 16 Ohmů. Ve skutečnosti R 25- to je stejné jako R R(Jmenovitý odpor) pro posistor.

      Max. Proud v ustáleném stavu - Maximální proud termistoru (A). Maximální možný proud přes termistor, který vydrží po dlouhou dobu. Pokud překročíte maximální proud, dojde k lavinovitému poklesu odporu.

      Cca. R z Max. Aktuální - Odpor termistoru při maximálním proudu (Ohm). Přibližná hodnota odporu NTC termistoru při maximálním průtoku proudu. U termistoru MF72-16D9 NTC je tento odpor 0,802 Ohm. To je téměř 20x méně než odpor našeho termistoru při teplotě 25°C (když je termistor „studený“ a nezatížený protékajícím proudem).

      Dissip. Coef. - Faktor energetické citlivosti (mW/°C). Aby se vnitřní teplota termistoru změnila o 1°C, musí absorbovat určité množství energie. Ukazuje se poměr absorbovaného výkonu (v mW) ke změně teploty termistoru tento parametr. Pro náš termistor MF72-16D9 je tento parametr 11 miliWatt/1°C.

      Připomínám, že když se NTC termistor zahřeje, jeho odpor klesne. K jeho zahřátí se spotřebovává proud, který jím protéká. Proto bude termistor absorbovat energii. Absorbovaný výkon vede k zahřívání termistoru a to zase vede ke snížení odporu termistoru NTC 10 - 50krát.

      Tepelná časová konstanta - Konstantní doba chlazení (S). Doba, za kterou se teplota nezatíženého termistoru změní o 63,2 % teplotního rozdílu mezi samotným termistorem a okolím. Zjednodušeně řečeno je to doba, za kterou má NTC termistor čas vychladnout poté, co jím přestane protékat proud. Například při odpojení napájení od sítě.

      Max. Zatěžovací kapacita v μF - Maximální vybíjecí kapacita . Testovací charakteristika. Ukazuje kapacitu, která může být vybita do termistoru NTC přes omezovací odpor v testovacím obvodu, aniž by došlo k jeho poškození. Kapacita je uvedena v mikrofaradech a pro konkrétní napětí (120 a 220 voltů střídavý proud(VAC)).

      Tolerance R 25 - Tolerance . Přípustná odchylka odporu termistoru při teplotě 25°C. V opačném případě se jedná o odchylku od jmenovitého odporu R 25. Typicky je tolerance ±10 - 20%.

    To jsou všechny hlavní parametry termistorů. Samozřejmě existují další parametry, které lze nalézt v datasheetech, ale zpravidla se snadno vypočítají z hlavních parametrů.

    Doufám, že nyní, když narazíte na pro vás neznámou elektronickou součástku (ne nutně termistor), bude pro vás snadné zjistit její hlavní vlastnosti, parametry a účel.

Termistor je polovodičová součástka se závislostí na teplotě elektrický odpor. Tato součást, kterou v roce 1930 vynalezl vědec Samuel Ruben, je dodnes široce používána v technologii.

Termistory se vyrábí z různých materiálů, které jsou poměrně vysoké - výrazně předčí kovové slitiny a čisté kovy, tedy ze speciálních, specifických polovodičů.

Samotný hlavní odporový prvek se získává práškovou metalurgií, zpracováním chalkogenidů, halogenidů a oxidů určitých kovů, které jim dávají různé tvary, například tvar kotoučů nebo tyčí různých velikostí, velké podložky, střední trubky, tenké desky, malé kuličky o velikosti od několika mikronů do desítek milimetrů.


Podle povahy korelace mezi odporem prvku a jeho teplotou, Termistory se dělí na dvě velké skupiny – posistory a termistory. PTC termistory mají kladný TCS (z tohoto důvodu se PTC termistory také nazývají PTC termistory) a termistory mají záporné TCS (nazývají se proto NTC termistory).

Termistor je teplotně závislý odpor vyrobený z polovodičového materiálu, který má negativní teplotní koeficient a vysokou citlivost, posistor jeteplotně závislý odpor s kladným koeficientem.Se zvýšením teploty tělesa pozistoru tedy roste i jeho odpor a se zvýšením teploty termistoru odpovídajícím způsobem klesá jeho odpor.

Materiály pro termistory jsou dnes: směsi polykrystalických oxidů přechodných kovů jako je kobalt, mangan, měď a nikl, sloučeniny typu III-V, dále dopované, sklovité polovodiče jako křemík a germanium a některé další látky. Pozoruhodné jsou posistory vyrobené z pevných roztoků na bázi titaničitanu barnatého.

Termistory lze obecně rozdělit na:

    Třída nízké teploty (provozní teplota pod 170 K);

    Střední teplotní třída (provozní teplota od 170 K do 510 K);

    Třída vysoké teploty (provozní teplota od 570 K a výše);

    Samostatná třída vysokoteplotní (provozní teplota od 900 K do 1300 K).

Všechny tyto prvky, termistory i pozistory, mohou pracovat v různých klimatických podmínkách a při značném fyzickém externím a proudovém zatížení. V podmínkách těžkého tepelného cyklování se však jejich počáteční termoelektrické charakteristiky v průběhu času mění, jako je jmenovitý odpor při pokojové teplotě a teplotní koeficient odporu.

Existují například i kombinované komponenty nepřímo vyhřívané termistory. Pouzdra takových zařízení obsahují samotný termistor a galvanicky oddělené topné těleso, které nastavuje počáteční teplotu termistoru a tím i jeho počáteční elektrický odpor.

Tato zařízení se používají jako proměnné rezistory řízené napětím přivedeným na topné těleso termistoru.

Podle toho, jak je zvolen pracovní bod na proudově-napěťové charakteristice konkrétní součástky, se také určuje pracovní režim termistoru v obvodu. A samotná charakteristika proudového napětí souvisí s konstrukčními prvky a teplotou aplikovanou na tělo součásti.

K řízení teplotních změn a ke kompenzaci dynamicky se měnících parametrů, jako je průtok proudu a použité napětí elektrické obvody, měnící se po změnách teplotních podmínek, jsou použity termistory s pracovním bodem nastaveným v lineárním úseku proudově-napěťové charakteristiky.

Ale pracovní bod se tradičně nastavuje na sestupném úseku proudově napěťové charakteristiky (termistory NTC), pokud je termistor použit např. jako spouštěcí zařízení, časové relé, v systému pro sledování a měření intenzity mikrovlnné záření, v systémech požární signalizace, v instalacích pro řízení toku sypkých látek a kapalin.

Dnes nejoblíbenější středoteplotní termistory a pozistory s TKS od -2,4 do -8,4 % na 1 K. Pracují v širokém rozsahu odporů od jednotek ohmů až po jednotky megaohmů.

Existují posistory s relativně nízkým TCR od 0,5 % do 0,7 % na 1 K, vyrobené na bázi křemíku. Jejich odpor se mění téměř lineárně. Takové pozistory jsou široce používány v systémech stabilizace teploty a v systémech aktivního chlazení pro výkonové polovodičové spínače v různých moderních elektronická zařízení, zejména u mocných. Tyto součástky se snadno vejdou do schémat zapojení a nezaberou mnoho místa na deskách.

Typický posistor má tvar keramického disku, někdy je několik prvků instalováno v sérii v jednom krytu, ale častěji - v jediném provedení s ochranným smaltovaným povlakem. PTC rezistory jsou často používány jako pojistky k ochraně elektrických obvodů před napěťovým a proudovým přetížením, stejně jako teplotní čidla a autostabilizační prvky, a to z důvodu jejich nenáročnosti a fyzické stability.

Termistory jsou široce používány v mnoha oblastech elektroniky, zejména tam, kde je důležitá přesná regulace teploty. To platí pro zařízení pro přenos dat, počítačové vybavení, vysoce výkonné CPU a vysoce přesná průmyslová zařízení.

Jedním z nejjednodušších a nejoblíbenějších použití termistoru je účinné omezení zapínacího proudu. V okamžiku přivedení napětí na napájení ze sítě dojde k extrémně prudkému rázu značné kapacity a primárním obvodem protéká velký nabíjecí proud, který může spálit diodový můstek.

Tento proud je zde omezen termistorem, to znamená, že tato součástka obvodu mění svůj odpor v závislosti na proudu, který jí prochází, protože se v souladu s Ohmovým zákonem zahřívá. Termistor pak po několika minutách obnoví svůj původní odpor, jakmile se ochladí na pokojovou teplotu.

Často u různých napájecích zdrojů vzniká úkol omezit rázy startovacího proudu při zapnutí. Důvody mohou být různé - rychlé opotřebení kontaktů relé nebo spínačů, snížená životnost filtračních kondenzátorů atd. Nedávno jsem měl podobný problém. V počítači používám dobrý serverový zdroj, ale kvůli neúspěšné implementaci pohotovostní sekce se při vypnutí hlavního napájení silně přehřívá. Kvůli tomuto problému jsem musel již dvakrát opravovat pohotovostní desku a měnit některé elektrolyty umístěné vedle ní. Řešení bylo jednoduché – vypněte napájení ze zásuvky. Mělo to ale řadu nevýhod - při zapnutí docházelo k silnému rázu proudu přes vysokonapěťový kondenzátor, který jej mohl poškodit, navíc po 2 týdnech začala hořet napájecí zástrčka jednotky. Bylo rozhodnuto vyrobit omezovač náběhového proudu. Paralelně s tímto úkolem jsem měl podobný úkol pro výkonné audio zesilovače. Problémy v zesilovačích jsou stejné - spálení spínacích kontaktů, proudové rázy přes můstkové diody a filtrační elektrolyty. Obvodů omezovačů rázového proudu najdete na internetu poměrně hodně. Ale pro konkrétní úkol mohou mít řadu nevýhod - nutnost přepočítat prvky obvodu na požadovaný proud; pro výkonné spotřebitele - výběr výkonových prvků, které poskytují potřebné parametry pro vypočítaný přidělený výkon. Někdy je navíc nutné zajistit minimální startovací proud pro připojené zařízení, což zvyšuje složitost takového obvodu. K vyřešení tohoto problému existuje jednoduché a spolehlivé řešení - termistory.

Obr.1 Termistor

Termistor je polovodičový rezistor, jehož odpor se při zahřívání prudce mění. Pro naše účely potřebujeme termistory se záporným teplotním koeficientem - NTC termistory. Když proud protéká NTC termistorem, zahřívá se a jeho odpor klesá.


Obr.2 Termistor TKS

Máme zájem následující parametry termistor:

    Odolnost při 25˚C

    Maximální ustálený proud

Oba parametry jsou v dokumentaci pro konkrétní termistory. Pomocí prvního parametru můžeme určit minimální proud, který projde odporem zátěže při připojení přes termistor. Druhý parametr je určen maximálním ztrátovým výkonem termistoru a výkon zátěže musí být takový, aby průměrný proud termistorem tuto hodnotu nepřekročil. Pro spolehlivou funkci termistoru je třeba vzít hodnotu tohoto proudu menší než 20 procent parametru uvedeného v dokumentaci. Zdálo by se, že by bylo jednodušší vybrat správný termistor a sestavit zařízení. Ale musíte zvážit některé body:

  1. Termistor se dlouho ochladí. Pokud zařízení vypnete a ihned znovu zapnete, termistor bude mít nízký odpor a nebude plnit svou ochrannou funkci.
  2. Termistory nemůžete zapojit paralelně, abyste zvýšili proud - kvůli rozšíření parametrů se proud přes ně bude velmi lišit. Ale je docela možné zapojit požadovaný počet termistorů do série.
  3. Během provozu se termistor velmi zahřívá. Zahřívají se i prvky vedle.
  4. Maximální ustálený proud přes termistor by měl být omezen jeho maximálním výkonem. Tato možnost je uvedena v dokumentaci. Pokud se však termistor používá k omezení zkratových proudových rázů (například když je zdroj zpočátku zapnutý a filtrační kondenzátor se nabíjí), pak může být pulzní proud větší. Pak je volba termistoru omezena jeho maximálním pulzním výkonem.

Energie nabitého kondenzátoru je určena vzorcem:

E = (C*Vpeak²)/2

kde E je energie v joulech, C je kapacita filtračního kondenzátoru, Vpeak je maximální napětí, na které bude filtrační kondenzátor nabíjen (pro naše sítě můžete vzít hodnotu 250V*√2 = 353V).

Pokud dokumentace uvádí maximální pulzní výkon, pak na základě tohoto parametru můžete vybrat termistor. Tento parametr však zpravidla není uveden. Z již vypočtených tabulek pro termistory standardní řady pak lze odhadnout maximální kapacitu, kterou lze termistorem bezpečně nabít.

Vzal jsem si tabulku s parametry NTC termistorů od Joyinu. Tabulka ukazuje:

Rnom- jmenovitý odpor termistoru při teplotě 25°C

Imax- maximální proud přes termistor (maximální proud v ustáleném stavu)

Smax- maximální kapacita v testovacím obvodu, která se vybije na termistor bez jeho poškození (zkušební napětí 350V)

Jak test probíhá, můžete vidět na straně sedm.

Pár slov k parametru Smax– dokumentace ukazuje, že v testovacím obvodu je kondenzátor vybíjen přes termistor a omezovací odpor, čímž se uvolňuje další energie. Proto bude maximální bezpečná kapacita, kterou může termistor nabíjet bez takového odporu, menší. Hledal jsem informace na zahraničních tematických fórech a podíval se na typické obvody s omezovači v podobě termistorů, pro které jsou uvedeny údaje. Na základě těchto informací můžete vzít koeficient za Smax v reálném schématu 0,65, kterým se vynásobí data z tabulky.

název

Rnom,

Imax,

Smax,

dprůměr 8 mm

průměr 10mm

průměr 13mm

průměr 15mm

průměr 20mm

Tabulka parametrů NTC termistorů od Joyinu

Zapojením několika stejných NTC termistorů do série snižujeme požadavky na maximální energii pulzu každého z nich.

Dovolte mi uvést příklad. Potřebujeme například vybrat termistor pro zapnutí napájení počítače. Maximální spotřeba počítače je 700 wattů. Chceme omezit startovací proud na 2-2,5A. Zdroj obsahuje filtrační kondenzátor 470 µF.

Vypočítáme efektivní hodnotu proudu:

I = 700W/220V = 3,18A

Jak jsem psal výše, pro spolehlivý provoz termistoru zvolíme z dokumentace maximální ustálený proud o 20 % větší než tato hodnota.

Imax = 3,8A

Vypočteme požadovaný odpor termistoru pro rozběhový proud 2,5A

R = (220V*√2)/2,5A = 124 Ohm

Z tabulky najdeme požadované termistory. 6 kusů sériově zapojených termistorů JNR15S200L vyhovuje našim potřebám Imax, obecný odpor. Maximální kapacita, kterou mohou nabíjet, bude 680 µF * 6 * 0,65 = 2652 µF, což je ještě více, než potřebujeme. Samozřejmě s poklesem Vpeak, požadavky na max pulzní výkon termistor. Naše závislost je na druhé mocnině napětí.

A poslední otázka k výběru termistorů. Co když jsme vybrali termistory potřebné pro maximální pulzní výkon, ale nejsou pro nás vhodné? Imax(stálá zátěž je pro ně příliš vysoká), nebo nepotřebujeme zdroj stálého ohřevu v samotném zařízení? K tomu nám poslouží jednoduché řešení - paralelně s termistorem do obvodu přidáme další spínač, který po nabití kondenzátoru zapneme. Což jsem udělal ve svém omezovači. V mém případě jsou parametry následující: maximální příkon počítače 400W, omezení startovacího proudu 3,5A, filtrační kondenzátor 470uF. Vzal jsem 6 kusů 15d11 (15 ohm) termistorů. Diagram je uveden níže.


Rýže. 3 Obvod omezovače

Vysvětlení k diagramu. SA1 odpojí fázový vodič. LED VD2 slouží k indikaci činnosti omezovače. Kondenzátor C1 vyhlazuje vlnění a LED nebliká při síťové frekvenci. Pokud to nepotřebujete, odstraňte C1, VD6, VD1 z obvodu a jednoduše připojte LED a diodu paralelně stejným způsobem jako prvky VD4, VD5. Pro indikaci procesu nabíjení kondenzátoru je LED VD4 zapojena paralelně s termistory. V mém případě při nabíjení kondenzátoru počítačového zdroje celý proces trvá méně než sekundu. Tak pojďme sbírat.


Obr.4 Montážní sada

Indikátor napájení jsem namontoval přímo do krytu vypínače a vyhodil ho Čínská lampažárovka, která by dlouho nevydržela.


Rýže. 5 Indikátor napájení


Obr.6 Blok termistoru


Rýže. 7 Smontovaný omezovač

To mohlo být dokončeno, kdyby po týdnu práce nevypadly všechny termistory. Vypadalo to takto.


Rýže. 8 Selhání NTC termistorů

Navzdory skutečnosti, že rezerva pro přípustnou hodnotu kapacity byla velmi velká - 330 µF * 6 * 0,65 = 1287 µF.

Termistory jsem koupil od známé firmy, s různými hodnotami - všechny vadné. Výrobce neznámý. Buď Číňané lijí do velkých pouzder termistory menších průměrů, nebo je kvalita materiálů velmi špatná. Ve výsledku jsem koupil ještě menší průměr - SCK 152 8mm. To samé Čína, ale už značkové. Podle naší tabulky je přípustná kapacita 100 µF * 6 * 0,65 = 390 µF, což je dokonce o něco méně, než je potřeba. Vše však funguje dobře.