Co to jest termistor? Stosowanie termistorów do ograniczania prądu udarowego w zasilaczach. Użycie termistora jako czujnika aktywnego

Rozwój elektroniki z roku na rok nabiera tempa. Jednak pomimo nowych wynalazków schematy elektryczne Ach, urządzenia zaprojektowane na początku XX wieku działają niezawodnie. Jednym z takich urządzeń jest termistor. Kształt i przeznaczenie tego elementu są tak różnorodne, że tylko doświadczeni elektrycy mogą szybko znaleźć go w obwodzie. Możesz zrozumieć, czym jest termistor, tylko jeśli znasz strukturę i właściwości przewodników, dielektryków i półprzewodników.

Opis urządzenia

Czujniki temperatury są szeroko stosowane w elektrotechnice. Prawie wszystkie mechanizmy wykorzystują mikroukłady termometrów analogowych i cyfrowych, termopary, czujniki rezystancyjne i termistory. Przedrostek w nazwie urządzenia wskazuje, że termistor jest urządzeniem zależnym od wpływu temperatury. Głównym wskaźnikiem jego działania jest ilość ciepła w otoczeniu. W wyniku nagrzewania lub chłodzenia zmieniają się parametry elementu, pojawia się sygnał, który można przekazać do mechanizmów kontrolnych lub pomiarowych.

Termistor to urządzenie elektroniczne, w którym wartości temperatury i rezystancji są powiązane w odwrotnej proporcji.

Jest na to inna nazwa - termistor. Ale to nie jest do końca poprawne, bo w rzeczywistości termistor jest jednym z podtypów termistora. Zmiana ciepła może wpływać na rezystancję elementu rezystancyjnego na dwa sposoby: zwiększając ją lub zmniejszając.

Dlatego zgodnie ze współczynnikiem temperaturowym opory termiczne dzielą się na RTC (dodatni) i NTC (ujemny). Rezystory RTS nazywane są pozystorami, a rezystory NTC nazywane są termistorami.

Różnica pomiędzy urządzeniami RTS i NTC polega na tym, że ich właściwości zmieniają się pod wpływem warunków klimatycznych. Opór pozystorów jest wprost proporcjonalny do ilości ciepła w otoczeniu. Gdy urządzenia NTC się nagrzewają, jego wartość maleje.

Zatem wzrost temperatury pozystora doprowadzi do wzrostu jego rezystancji, a dla termistora - do spadku.

Typ termistora w elemencie elektrycznym schematy obwodów wygląda jak zwykły rezystor. Cechą charakterystyczną jest linia prosta pod kątem przecinająca element. Pokazuje to, że rezystancja nie jest stała, ale może się zmieniać w zależności od wzrostu lub spadku temperatury otoczenia.

Główną substancją do tworzenia pozystorów jest Tytanian baru. Technologia wytwarzania urządzeń NTC jest bardziej złożona ze względu na mieszanie różnych substancji: półprzewodników z zanieczyszczeniami i szklistymi tlenkami metali przejściowych.

Klasyfikacja termistorów

Wymiary i konstrukcja termistorów są różne i zależą od obszaru ich zastosowania.

Kształt termistorów może przypominać:

Najmniejsze termistory mają postać koralików. Ich wymiary są mniejsze niż 1 milimetr, a charakterystyka elementów jest stabilna. Wadą jest niemożność wzajemnego zastępowania w obwodach elektrycznych.

Klasyfikacja termistorów według liczby stopni w Kelvinach:

• bardzo wysoka temperatura - od 900 do 1300;
• wysoka temperatura - od 570 do 899;
• średnia temperatura - od 170 do 510;
• niska temperatura - do 170.

Maksymalne nagrzewanie, choć dopuszczalne dla termoelementów, wpływa na ich parametry użytkowe, pogarszając jakość i powodując znaczne błędy w działaniu.

Charakterystyka techniczna i zasada działania

Wybór termistora do mechanizmu sterującego lub pomiarowego odbywa się zgodnie z paszportem nominalnym lub danymi referencyjnymi. Zasada działania, główne cechy i parametry termistorów i pozystorów są podobne. Ale nadal istnieją pewne różnice.

RTS – elementy oceniane są za pomocą trzech wskaźników definiujących: charakterystyka temperaturowa i statyczna woltoamperowa, współczynnik termiczny rezystancji (TCR).

Termistor ma szerszą listę.

Oprócz parametrów podobnych do pozystora, wskaźniki są następujące:

• rezystancja nominalna;
• współczynniki rozproszenia, wrażliwość energetyczna i temperatura;
• stała czasowa;
• maksymalna temperatura i moc.

Spośród tych wskaźników najważniejsze, które wpływają na wybór i ocenę termistora, to:

• rezystancja nominalna;
• współczynnik oporu cieplnego;
• rozpraszanie mocy;
• Zakres temperatury pracy.

Nominalną rezystancję określa się w określonej temperaturze (zwykle dwadzieścia stopni Celsjusza). Jego wartość we współczesnych termistorach waha się od kilkudziesięciu do setek tysięcy omów.

Dopuszczalny jest pewien błąd w wartości nominalnej rezystancji. Może wynosić nie więcej niż 20% i musi być wskazany w danych paszportowych urządzenia.

TCS zależy od ciepła. Określa wielkość zmiany rezystancji, gdy temperatura zmienia się o jeden dział. Indeks w oznaczeniu wskazuje liczbę stopni Celsjusza lub Kelvina w momencie pomiaru.

Uwalnianie ciepła na części następuje w wyniku przepływu prądu przez nią po podłączeniu do obwodu elektrycznego. Moc rozpraszania to wartość, przy której element rezystancyjny nagrzewa się od 20 stopni Celsjusza do maksymalnej dopuszczalnej temperatury.

Przedział temperatur pracy pokazuje wartość, przy której urządzenie pracuje przez długi czas bez błędów i uszkodzeń.

Zasada działania oporów termicznych opiera się na zmianie ich rezystancji pod wpływem ciepła.

Dzieje się tak z kilku powodów:

• z powodu przemiany fazowej;
• jony o zmiennej wartościowości szybciej wymieniają elektrony;
• stężenie naładowanych cząstek w półprzewodniku rozkłada się w inny sposób.

Termistory są stosowane w złożonych urządzeniach stosowanych w przemyśle, rolnictwie i obwodach elektronicznych w samochodach. Występują także w urządzeniach otaczających człowieka na co dzień – pralkach, zmywarkach, lodówkach i innym sprzęcie z kontrolą temperatury.

Termistor to element wrażliwy na temperaturę wykonany z materiału półprzewodnikowego. Zachowuje się jak rezystor wrażliwy na zmiany temperatury. Termin „termistor” jest skrótem od rezystora wrażliwego na temperaturę. Materiał półprzewodnikowy to materiał przewodzący Elektryczność lepszy niż dielektryk, ale nie tak dobry jak przewodnik.

Zasada działania termistora

Podobnie jak termometry oporowe, termistory wykorzystują zmiany wartości rezystancji jako podstawę pomiaru. Jednakże rezystancja termistora jest odwrotnie proporcjonalna do zmian temperatury, a nie bezpośrednio proporcjonalna. Wraz ze wzrostem temperatury wokół termistora jego rezystancja maleje, a wraz ze spadkiem temperatury jego rezystancja wzrasta.

Chociaż termistory zapewniają odczyty równie dokładne jak termometry oporowe, termistory są często zaprojektowane do pomiaru w węższym zakresie. Na przykład zakres pomiarowy termometru rezystancyjnego może wynosić od -32°F do 600°F, podczas gdy termistor będzie mierzyć od -10°F do 200°F. Zakres pomiarowy konkretnego termistora zależy od rozmiaru i rodzaju użytego materiału półprzewodnikowego.

Podobnie jak termometry, termistory reagują na zmiany temperatury poprzez proporcjonalną zmianę rezystancji i oba są często używane w obwodach mostkowych.

W tym obwodzie zmiana temperatury i odwrotna zależność między temperaturą a rezystancją termistora określi kierunek przepływu prądu. W przeciwnym razie obwód będzie działał analogicznie jak w przypadku termometru oporowego. Wraz ze zmianą temperatury termistora zmienia się jego rezystancja, a mostek staje się niezrównoważony. Teraz przez urządzenie przepłynie prąd, który można zmierzyć. Zmierzony prąd można przeliczyć na jednostki temperatury za pomocą tabeli przeliczeniowej lub poprzez odpowiednią kalibrację skali.

Termistory NTC i PTC

Obecnie przemysł produkuje szeroką gamę termistorów, pozystorów i termistorów NTC. Każdy osobny model lub seria jest produkowana do pracy w określonych warunkach, nakładane są na nią pewne wymagania.

Dlatego samo wypisanie parametrów pozystorów i termistorów NTC będzie mało przydatne. Pójdziemy nieco inną trasą.

Za każdym razem, gdy dostajesz w swoje ręce termistor z łatwymi do odczytania oznaczeniami, musisz znaleźć arkusz referencyjny lub arkusz danych ten model termistor.

Jeśli nie wiesz, czym jest arkusz danych, radzę zajrzeć na tę stronę. W skrócie, arkusz danych zawiera informacje o wszystkich głównych parametrach tego komponentu. W tym dokumencie wymieniono wszystko, co musisz wiedzieć, aby zastosować określony element elektroniczny.

Miałem ten termistor na stanie. Spójrz na zdjęcie. Na początku nic o nim nie wiedziałem. Było minimum informacji. Sądząc po oznaczeniu, jest to termistor PTC, czyli pozystor. Tak jest na nim napisane – PTC. Poniżej znajduje się oznaczenie C975.

W pierwszej chwili może się wydawać, że jest mało prawdopodobne, że uda się znaleźć choć część informacji na temat tego pozystora. Ale nie zwieszaj nosa! Otwórz przeglądarkę, wpisz w Google podobną frazę: „positor c975”, „ptc c975”, „ptc c975 datasheet”, „ptc c975 datasheet”, „positor c975 datasheet”. Następnie pozostaje tylko znaleźć arkusz danych tego pozystora. Z reguły arkusze danych są formatowane jako plik PDF.

Ze znalezionego arkusza danych na PTC C975, dowiedziałem się, co następuje. Jest produkowany przez EPCOS. Pełny tytuł B59975C0160A070(Seria B599*5). Ten termistor PTC służy do ograniczania prądu, gdy: zwarcie i przeciążenia. Te. To rodzaj bezpiecznika.

Dam stół z daniem głównym właściwości techniczne dla serii B599*5, a także krótkie wyjaśnienie wszystkiego, co oznaczają te wszystkie cyfry i litery.

Teraz skupmy się na Parametry elektryczne konkretny produkt, w naszym przypadku jest to pozystor PTC C975 (pełne oznaczenie B59975C0160A070). Spójrz na poniższą tabelę.

Ja R - Prąd znamionowy (mama). Prąd znamionowy. Jest to prąd, jaki dany pozystor może wytrzymać przez długi czas. Nazwałbym to również działającym, normalnym prądem. W przypadku pozystora C975 prąd znamionowy wynosi nieco ponad pół ampera, a konkretnie 550 mA (0,55 A).

JEST - Prąd przełączający (mama). Prąd przełączający. Jest to wielkość prądu przepływającego przez pozystor, przy którym jego rezystancja zaczyna gwałtownie rosnąć. Tak więc, jeśli przez pozytor C975 zacznie płynąć prąd większy niż 1100 mA (1,1 A), zacznie on spełniać swoją funkcję ochronną, a raczej zacznie ograniczać przepływający przez siebie prąd ze względu na wzrost rezystancji . Prąd przełączający ( JEST) i temperatura odniesienia ( Tref) są połączone, ponieważ prąd przełączający powoduje nagrzewanie się pozystora i jego temperatura osiąga poziom Tref, przy którym wzrasta rezystancja pozystora.

Ja Smax - Maksymalny prąd przełączania (A). Maksymalny prąd przełączania. Jak widać z tabeli, dla tej wartości wskazana jest również wartość napięcia na pozystorze - V=Vmaks. To nie przypadek. Faktem jest, że każdy pozystor może pochłonąć pewną moc. Jeśli przekroczy dopuszczalny limit, zakończy się niepowodzeniem.

Dlatego też napięcie jest podawane także dla maksymalnego prądu przełączania. W tym przypadku jest ono równe 20 woltów. Mnożąc 3 ampery przez 20 woltów, otrzymujemy moc 60 watów. Dokładnie taką moc może pochłonąć nasz pozystor podczas ograniczania prądu.

ja r- Prąd szczątkowy (mama). Prąd szczątkowy. Jest to prąd różnicowy, który przepływa przez pozystor po jego zadziałaniu i zaczyna ograniczać prąd (na przykład podczas przeciążenia). Prąd różnicowy utrzymuje ciepło pozystora do stanu „ciepłego” i działa jako ogranicznik prądu do czasu usunięcia przyczyny przeciążenia. Jak widać tabela pokazuje wartość tego prądu dla różnych napięć na pozystorze. Jeden dla maksimum ( V=Vmaks), inny dla nominalnego ( V=V R). Nietrudno zgadnąć, że mnożąc prąd graniczny przez napięcie, otrzymamy moc potrzebną do utrzymania nagrzewania pozystora w stanie wzbudzonym. Dla pozystora PTC C975 moc ta wynosi 1,62 ~ 1,7 W.

Co się stało R R I Rmin Poniższy wykres pomoże nam to zrozumieć.



Rmin - Minimalny opór (Om). Minimalny opór. Najmniejsza wartość rezystancji pozystora. Minimalna rezystancja, która odpowiada minimalnej temperaturze, po przekroczeniu której rozpoczyna się zakres z dodatnim TCR. Jeśli szczegółowo przestudiujesz wykresy pozystorów, zauważysz to aż do wartości T Rmin Wręcz przeciwnie, rezystancja pozystora maleje. Oznacza to, że pozystor w temperaturach poniżej T Rmin zachowuje się jak „bardzo zły” termistor NTC i jego rezystancja maleje (nieznacznie) wraz ze wzrostem temperatury.

R R - Opór znamionowy (Om). Nominalny opór. Jest to rezystancja pozystora w określonej wcześniej temperaturze. Zwykle to 25°C(rzadziej 20°С). Mówiąc najprościej, jest to rezystancja pozystora w temperaturze pokojowej, którą możemy łatwo zmierzyć dowolnym multimetrem.

Zatwierdzenia - dosłownie przetłumaczone, to jest akceptacja. Oznacza to, że jest zatwierdzony przez taką a taką organizację, która zajmuje się kontrolą jakości itp. Nie jest szczególnie zainteresowany.

Kod zamówienia - numer seryjny. Tutaj, myślę, wszystko jest jasne. Pełne oznakowanie produktu. W naszym przypadku jest to B59975C0160A070.

Z arkusza danych pozystora PTC C975 dowiedziałem się, że można go zastosować jako bezpiecznik samoresetujący. Na przykład w urządzeniu elektronicznym, które w trybie pracy pobiera prąd nie większy niż 0,5 A przy napięciu zasilania 12 V.

Porozmawiajmy teraz o parametrach termistorów NTC. Przypomnę, że termistor NTC ma ujemny TCS. W przeciwieństwie do pozystorów, po podgrzaniu rezystancja termistora NTC gwałtownie spada.

Miałem na stanie kilka termistorów NTC. Instalowano je głównie w zasilaczach i wszelkiego rodzaju jednostkach napędowych. Ich celem jest ograniczenie prądu rozruchowego. Zdecydowałem się na ten termistor. Poznajmy jego parametry.



Jedyne oznaczenia na korpusie to: 16D-9 F1. Po krótkich poszukiwaniach w Internecie udało nam się znaleźć kartę katalogową całej serii termistorów NTC MF72. Konkretnie nasz egzemplarz MF72-16D9. Ta seria termistorów służy do ograniczania prądu rozruchowego. Poniższy wykres wyraźnie pokazuje, jak działa termistor NTC.



W początkowej chwili po włączeniu urządzenia (np. zasilacz impulsowy do laptopa, adapter, zasilacz komputerowy, Ładowarka), rezystancja termistora NTC jest wysoka i pochłania on impuls prądowy. Następnie nagrzewa się, a jego opór maleje kilkukrotnie.

Gdy urządzenie działa i pobiera prąd, termistor jest w stanie nagrzanym, a jego rezystancja jest niska.

W tym trybie termistor nie stawia praktycznie żadnego oporu przepływającemu przez niego prądowi. Po odłączeniu urządzenia elektrycznego od źródła zasilania termistor ostygnie, a jego rezystancja ponownie wzrośnie.

Zwróćmy uwagę na parametry i główne cechy termistora NTC MF72-16D9. Rzućmy okiem na tabelę.



R25 - Nominalna rezystancja termistora w temperaturze 25°C (Om). Rezystancja termistora w temperaturze otoczenia 25°C. Rezystancję tę można łatwo zmierzyć za pomocą multimetru. Dla termistora MF72-16D9 jest to 16 omów. W rzeczywistości R 25- to jest to samo co R R(Rezystancja znamionowa) dla pozystora.

Maks. Prąd w stanie ustalonym - Maksymalny prąd termistora (A). Maksymalny możliwy prąd płynący przez termistor, który może wytrzymać przez długi czas. Jeśli przekroczysz maksymalny prąd, nastąpi lawinowy spadek rezystancji.

Około. R maks. Aktualny - Rezystancja termistora przy maksymalnym prądzie (Om). Przybliżona wartość rezystancji termistora NTC przy maksymalnym przepływie prądu. W przypadku termistora NTC MF72-16D9 rezystancja ta wynosi 0,802 oma. To prawie 20 razy mniej niż rezystancja naszego termistora w temperaturze 25°C (kiedy termistor jest „zimny” i nie jest obciążony przepływającym prądem).

Rozproszyć. Współczynnik. - Współczynnik wrażliwości energetycznej (mW/°C). Aby wewnętrzna temperatura termistora zmieniła się o 1°C, musi on pochłonąć pewną ilość energii. Pokazuje stosunek pobranej mocy (w mW) do zmiany temperatury termistora ten parametr. Dla naszego termistora MF72-16D9 parametr ten wynosi 11 miliwatów/1°C.

Przypomnę, że gdy termistor NTC się nagrzeje, jego rezystancja spada. Aby go ogrzać, zużywany jest przepływający przez niego prąd. Dlatego termistor będzie pochłaniał energię. Pochłonięta moc prowadzi do nagrzania termistora, co z kolei prowadzi do zmniejszenia rezystancji termistora NTC 10 - 50 razy.

Termiczna stała czasowa - Stała czasowa chłodzenia (S). Czas, w którym temperatura nieobciążonego termistora zmieni się o 63,2% różnicy temperatur pomiędzy samym termistorem a otoczeniem. Mówiąc najprościej, jest to czas, w którym termistor NTC ma czas na ochłodzenie się po tym, jak przestaje płynąć przez niego prąd. Na przykład, gdy zasilacz jest odłączony od sieci.

Maks. Pojemność obciążenia w μF - Maksymalna wydajność rozładowania . Charakterystyka testowa. Pokazuje pojemność, którą można rozładować w termistorze NTC przez rezystor ograniczający w obwodzie testowym bez jego uszkodzenia. Pojemność jest podana w mikrofaradach i dla określonego napięcia (120 i 220 woltów). prąd przemienny(ODKURZACZ)).

Tolerancja R 25 - Tolerancja . Dopuszczalne odchylenie rezystancji termistora w temperaturze 25°C. W przeciwnym razie jest to odchylenie od rezystancji nominalnej R 25. Zwykle tolerancja wynosi ±10–20%.

To wszystkie główne parametry termistorów. Oczywiście istnieją inne parametry, które można znaleźć w arkuszach danych, ale z reguły można je łatwo obliczyć na podstawie głównych parametrów.

Mam nadzieję, że teraz, gdy natkniecie się na nieznany Państwu element elektroniczny (niekoniecznie na termistor), z łatwością odnajdziecie jego główne cechy, parametry i przeznaczenie.

Termistor jest elementem półprzewodnikowym zależnym od temperatury opór elektryczny. Wynaleziony w 1930 roku przez naukowca Samuela Rubena, do dziś komponent ten jest szeroko stosowany w technologii.

Termistory są wykonane z różnych materiałów, których jest dość dużo - znacznie przewyższają stopy metali i czyste metale, czyli ze specjalnych, specyficznych półprzewodników.

Sam główny element oporowy uzyskuje się w procesie metalurgii proszków, przetwarzając chalkogenki, halogenki i tlenki niektórych metali, nadając im różne kształty, na przykład kształt dysków lub prętów o różnych rozmiarach, dużych podkładek, średnich rurek, cienkich płytek, małych kulek o wielkości od kilku mikronów do kilkudziesięciu milimetrów.

Zgodnie z naturą korelacji między rezystancją elementu a jego temperaturą, Termistory dzielą się na dwie duże grupy - pozystory i termistory. Termistory PTC mają dodatni TCS (z tego powodu termistory PTC nazywane są również termistorami PTC), a termistory mają ujemny TCS (dlatego nazywane są termistorami NTC).

Termistor to rezystor zależny od temperatury, wykonany z materiału półprzewodnikowego, który ma ujemny współczynnik temperaturowy i wysoką czułość; pozystor jestrezystor zależny od temperatury o współczynniku dodatnim.Zatem wraz ze wzrostem temperatury korpusu pozystora wzrasta również jego rezystancja, a wraz ze wzrostem temperatury termistora jego rezystancja odpowiednio maleje.

Obecnie materiałami na termistory są: mieszaniny polikrystalicznych tlenków metali przejściowych, takich jak kobalt, mangan, miedź i nikiel, związki typu III-V, a także domieszkowane, szkliste półprzewodniki, takie jak krzem i german, oraz niektóre inne substancje. Godne uwagi są pozystory wykonane ze stałych roztworów na bazie tytanianu baru.

Termistory można ogólnie podzielić na:

Klasa niskotemperaturowa (temperatura pracy poniżej 170 K);

Klasa średniej temperatury (temperatura pracy od 170 K do 510 K);

Klasa wysokiej temperatury (temperatura pracy od 570 K i więcej);

Odrębna klasa wysokotemperaturowa (temperatura pracy od 900 K do 1300 K).

Wszystkie te elementy, zarówno termistory, jak i pozystory, mogą pracować w różnych zewnętrznych warunkach klimatycznych oraz pod znacznymi obciążeniami fizycznymi zewnętrznymi i prądowymi. Jednakże w trudnych warunkach cykli termicznych ich początkowe właściwości termoelektryczne zmieniają się w czasie, takie jak rezystancja nominalna w temperaturze pokojowej i współczynnik temperaturowy rezystancji.

Istnieją również elementy łączone, na przykład termistory ogrzewane pośrednio. Obudowy takich urządzeń zawierają sam termistor i izolowany galwanicznie element grzejny, który ustala początkową temperaturę termistora i odpowiednio jego początkową rezystancję elektryczną.

Urządzenia te służą jako rezystory zmienne sterowane napięciem przyłożonym do elementu grzejnego termistora.

W zależności od tego, jak dobrany jest punkt pracy na podstawie charakterystyki prądowo-napięciowej danego elementu, określa się również tryb pracy termistora w obwodzie. Sama charakterystyka prądowo-napięciowa jest powiązana z cechami konstrukcyjnymi i temperaturą zastosowaną do korpusu komponentu.

Do kontroli zmian temperatury i kompensacji dynamicznie zmieniających się parametrów, takich jak przepływ prądu i przyłożone napięcie obwody elektryczne, zmieniając się pod wpływem zmian warunków temperaturowych, stosuje się termistory o punkcie pracy ustawionym w liniowym przekroju charakterystyki prądowo-napięciowej.

Jednak punkt pracy jest tradycyjnie ustawiany na opadającym odcinku charakterystyki prądowo-napięciowej (termistory NTC), jeśli termistor jest używany na przykład jako urządzenie rozruchowe, przekaźnik czasowy w systemie śledzenia i pomiaru natężenia prądu promieniowanie mikrofalowe, w systemach sygnalizacji pożaru, w instalacjach kontroli przepływu materiałów sypkich i cieczy.

Najpopularniejsze dzisiaj termistory i pozystory średniotemperaturowe z TKS od -2,4 do -8,4% na 1 K. Działają w szerokim zakresie rezystancji, od jednostek omów do jednostek megaomów.

Istnieją pozystory o stosunkowo niskim TCR od 0,5% do 0,7% na 1 K, wykonane na bazie krzemu. Ich rezystancja zmienia się niemal liniowo. Takie pozystory są szeroko stosowane w układach stabilizacji temperatury oraz w układach aktywnego chłodzenia półprzewodnikowych przełączników mocy w różnych nowoczesnych urządzenia elektryczne, szczególnie te potężne. Elementy te łatwo mieszczą się na schematach obwodów i nie zajmują dużo miejsca na płytkach.

Typowy pozystor ma kształt krążka ceramicznego, czasami w jednej obudowie montuje się kilka elementów szeregowo, ale częściej - w ramach jednej konstrukcji z ochronną powłoką emaliową. Rezystory PTC są często stosowane jako bezpieczniki do ochrony obwodów elektrycznych przed przeciążeniami napięciowymi i prądowymi, a także czujniki temperatury i elementy autostabilizujące, ze względu na ich bezpretensjonalność i stabilność fizyczną.

Termistory są szeroko stosowane w wielu dziedzinach elektroniki, zwłaszcza tam, gdzie ważna jest precyzyjna kontrola temperatury. Dotyczy to sprzętu do transmisji danych, wyposażenie komputera, wysokowydajne procesory i wysoce precyzyjny sprzęt przemysłowy.

Jednym z najprostszych i najpopularniejszych zastosowań termistora jest skuteczne ograniczenie prądu rozruchowego. W momencie podania napięcia do zasilacza z sieci następuje niezwykle gwałtowny skok o znacznej pojemności, a w obwodzie pierwotnym płynie duży prąd ładowania, który może spalić mostek diodowy.

Prąd ten jest tutaj ograniczony przez termistor, to znaczy ten element obwodu zmienia swoją rezystancję w zależności od przepływającego przez niego prądu, ponieważ zgodnie z prawem Ohma nagrzewa się. Termistor przywraca następnie swoją pierwotną rezystancję po kilku minutach, gdy tylko ostygnie do temperatury pokojowej.

Często w różnych zasilaczach pojawia się zadanie ograniczenia udaru prądu rozruchowego po włączeniu. Przyczyny mogą być różne - szybkie zużycie styków lub przełączników przekaźnika, zmniejszona żywotność kondensatorów filtrujących itp. Niedawno miałem podobny problem. Używam w swoim komputerze dobrego zasilacza serwerowego, jednak z powodu nieudanej implementacji sekcji standby mocno się on przegrzewa po wyłączeniu głównego zasilania. Przez ten problem musiałem już dwukrotnie naprawiać płytkę standby i wymieniać część elektrolitów znajdujących się obok niej. Rozwiązanie było proste - wyłącz zasilanie z gniazdka. Miał jednak wiele wad - po włączeniu przez kondensator wysokiego napięcia nastąpił silny wzrost prądu, który mógł go uszkodzić, dodatkowo po 2 tygodniach wtyczka urządzenia zaczęła się przepalać. Zdecydowano się na wykonanie ogranicznika prądu rozruchowego. Równolegle z tym zadaniem miałem podobne zadanie dotyczące wydajnych wzmacniaczy audio. Problemy we wzmacniaczach są takie same - przepalanie styków przełącznika, udar prądowy przez diody mostkowe i elektrolity filtrujące. W Internecie można znaleźć sporo obwodów ograniczających prąd udarowy. Ale w przypadku konkretnego zadania mogą mieć wiele wad - konieczność ponownego obliczenia elementów obwodu dla wymaganego prądu; dla potężnych odbiorców - dobór elementów mocy zapewniających niezbędne parametry dla obliczonej przydzielonej mocy. Ponadto czasami konieczne jest zapewnienie minimalnego prądu rozruchowego podłączonego urządzenia, co zwiększa złożoność takiego obwodu. Aby rozwiązać ten problem, istnieje proste i niezawodne rozwiązanie - termistory.

Rys.1 Termistor

Termistor to rezystor półprzewodnikowy, którego rezystancja zmienia się gwałtownie po podgrzaniu. Do naszych celów potrzebujemy termistorów o ujemnym współczynniku temperaturowym - termistory NTC. Gdy prąd przepływa przez termistor NTC, nagrzewa się on i jego rezystancja spada.

Rys.2 Termistor TKS

Jesteśmy zainteresowani następujące parametry termistor:

Odporność w temperaturze 25˚C

Maksymalny prąd stały

Obydwa parametry znajdują się w dokumentacji konkretnych termistorów. Za pomocą pierwszego parametru możemy określić minimalny prąd, który przejdzie przez rezystancję obciążenia podczas podłączania go przez termistor. Drugi parametr jest określony przez maksymalne rozproszenie mocy termistora, a moc obciążenia musi być taka, aby średni prąd płynący przez termistor nie przekroczył tej wartości. Aby zapewnić niezawodne działanie termistora, należy przyjąć wartość tego prądu mniejszą niż 20 procent parametru określonego w dokumentacji. Wydawać by się mogło, że łatwiej będzie dobrać odpowiedni termistor i zmontować urządzenie. Ale musisz wziąć pod uwagę kilka punktów:

1. Termistor potrzebuje dużo czasu, aby ostygnąć. Jeśli wyłączysz urządzenie i natychmiast włączysz je ponownie, termistor będzie miał niską rezystancję i nie będzie spełniał swojej funkcji ochronnej.
2. Nie można łączyć termistorów równolegle w celu zwiększenia prądu - ze względu na rozbieżność parametrów prąd przez nie będzie się znacznie różnić. Ale całkiem możliwe jest połączenie wymaganej liczby termistorów szeregowo.
3. Podczas pracy termistor staje się bardzo gorący. Elementy obok niego również się nagrzewają.
4. Maksymalny prąd w stanie ustalonym płynący przez termistor powinien być ograniczony jego maksymalną mocą. Ta opcja jest wymieniona w dokumentacji. Jeśli jednak termistor zostanie użyty do ograniczenia krótkich skoków prądu (na przykład, gdy zasilanie jest początkowo włączone i ładuje się kondensator filtra), wówczas prąd impulsowy może być większy. Wówczas wybór termistora jest ograniczony jego maksymalną mocą impulsu.

Energię naładowanego kondensatora określa się ze wzoru:

E = (C*Vszczyt²)/2

gdzie E to energia w dżulach, C to pojemność kondensatora filtrującego, Vpeak to maksymalne napięcie, do jakiego będzie ładowany kondensator filtrujący (w naszych sieciach można przyjąć wartość 250V*√2 = 353V).

Jeśli dokumentacja wskazuje maksymalną moc impulsu, to na podstawie tego parametru można wybrać termistor. Ale z reguły ten parametr nie jest określony. Następnie na podstawie już obliczonych tabel dla termistorów serii standardowej można oszacować maksymalną pojemność, jaką można bezpiecznie naładować za pomocą termistora.

Wziąłem tabelkę z parametrami termistorów NTC firmy Joyin. Tabela pokazuje:

Rnom- rezystancja nominalna termistora w temperaturze 25°C

Imaks- maksymalny prąd przez termistor (maksymalny prąd w stanie ustalonym)

Smaks- maksymalna pojemność w obwodzie testowym, która jest rozładowywana na termistorze bez jego uszkodzenia (napięcie testowe 350 V)

Jak przebiega test, możesz zobaczyć na stronie siódmej.

Kilka słów o parametrze Smaks– z dokumentacji wynika, że ​​w obwodzie testowym kondensator jest rozładowywany poprzez termistor i rezystor ograniczający, co uwalnia dodatkową energię. Dlatego maksymalna bezpieczna pojemność, jaką termistor może naładować bez takiego oporu, będzie mniejsza. Szukałem informacji na zagranicznych forach tematycznych i przyglądałem się typowym obwodom z ogranicznikami w postaci termistorów, dla których podane są dane. Na podstawie tych informacji możesz przyjąć współczynnik dla Smaks w rzeczywistym schemacie 0,65, przez który należy pomnożyć dane z tabeli.

Tabela parametrów termistorów NTC firmy Joyin

Łącząc szeregowo kilka identycznych termistorów NTC, zmniejszamy wymagania dotyczące maksymalnej energii impulsu każdego z nich.

Dam ci przykład. Musimy na przykład wybrać termistor, aby włączyć zasilanie komputera. Maksymalny pobór mocy komputera wynosi 700 watów. Chcemy ograniczyć prąd rozruchowy do 2-2,5A. Zasilacz zawiera kondensator filtrujący o pojemności 470 µF.

Obliczamy efektywną wartość prądu:

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

Jak pisałem powyżej, dla niezawodnej pracy termistora, z dokumentacji wybierzemy maksymalny prąd w stanie ustalonym, który jest o 20% większy od tej wartości.

Imaks = 3,8A

Wymaganą rezystancję termistora obliczamy dla prądu rozruchowego 2,5 A

R = (220 V*√2)/2,5 A = 124 omów

Z tabeli znajdujemy wymagane termistory. 6 sztuk termistorów JNR15S200L połączonych szeregowo odpowiada naszym potrzebom Imaks, ogólny opór. Maksymalna pojemność, jaką będą w stanie naładować, wyniesie 680 µF * 6 * 0,65 = 2652 µF, czyli nawet więcej, niż potrzebujemy. Naturalnie ze spadkiem Vszczyt, wymagania dotyczące maksimum moc impulsu termistor. Nasza zależność zależy od kwadratu napięcia.

I ostatnie pytanie odnośnie doboru termistorów. A co jeśli wybraliśmy termistory potrzebne do uzyskania maksymalnej mocy impulsu, ale nie są one dla nas odpowiednie? Imaks(stałe obciążenie jest dla nich za duże), czy też nie potrzebujemy źródła stałego ogrzewania w samym urządzeniu? W tym celu zastosujemy proste rozwiązanie - dodamy do obwodu równolegle z termistorem kolejny przełącznik, który załączymy po naładowaniu kondensatora. To samo zrobiłem w swoim limiterze. W moim przypadku parametry są następujące: maksymalny pobór mocy komputera to 400W, ograniczenie prądu rozruchowego to 3,5A, kondensator filtrujący to 470uF. Wziąłem 6 sztuk termistorów 15d11 (15 omów). Schemat pokazano poniżej.

Ryż. 3 Obwód ogranicznika

Objaśnienia do diagramu. SA1 odłącza przewód fazowy. Dioda LED VD2 służy do sygnalizacji pracy ogranicznika. Kondensator C1 wygładza tętnienia, a dioda LED nie migocze przy częstotliwości sieciowej. Jeśli tego nie potrzebujesz, usuń C1, VD6, VD1 z obwodu i po prostu podłącz diodę LED i diodę równolegle w taki sam sposób, jak elementy VD4, VD5. Aby wskazać proces ładowania kondensatora, dioda LED VD4 jest połączona równolegle z termistorami. W moim przypadku podczas ładowania kondensatora zasilacza komputera cały proces trwa mniej niż sekundę. Zatem zbierajmy.

Rys.4 Zestaw montażowy

Wskaźnik zasilania zamontowałem bezpośrednio w obudowie włącznika, wyrzucając go Chińska lampażarowe, które nie trwałoby długo.

Ryż. 5 Wskaźnik zasilania

Rys.6 Blok termistora

Ryż. 7 Zmontowany ogranicznik

Można by to osiągnąć, gdyby po tygodniu pracy nie uległy awarii wszystkie termistory. Wyglądało to tak.

Ryż. 8 Awaria termistorów NTC

Pomimo tego, że margines dopuszczalnej wartości pojemności był bardzo duży - 330 µF * 6 * 0,65 = 1287 µF.

Kupiłem termistory znanej firmy, o różnych wartościach - wszystkie wadliwe. Producent nieznany. Albo Chińczycy wlewają termistory o mniejszych średnicach do dużych obudów, albo jakość materiałów jest bardzo słaba. W rezultacie kupiłem jeszcze mniejszą średnicę - SCK 152 8mm. Te same Chiny, ale już markowe. Według naszej tabeli dopuszczalna pojemność wynosi 100 µF * 6 * 0,65 = 390 µF, czyli jest nawet nieco mniejsza niż potrzeba. Jednak wszystko działa dobrze.