ТЕРМИСТОР

ПАРАМЕТРЫ, ИСПОЛЬЗВАНИЕ, ПРИНЦИП РАБОТЫ

    Термистор - полупроводниковый резистор в котором наиболеее ярко выражена зависимость сопротивления полупроводника от температуры. Широко используются в качестве термодатчиков и ограничителей тока. О последних и поговорим.
    Термистор - терморезистор с отрицательной зависимостью сопротивления от температуры, т.е. с повышением температуры сопротивление уменьшается. Рассматриваемые в данной статье термисторы служат для ограничения тока в момент включения импульсных блоков питания в сеть - софтстарта.
    Необходимость ограничивать ток возникает по причине разряженного конденсатора фильтра первичного питания, что по сути в самый первый момент времени является коротким замыканием для сети 220 вольт. Падение на входном L фильтре и диодном мосте в рассчет не беруться - их сопротивление сравнительно не велико.
    Чем меньше емкость конденсатора фильтра первичного питания тем короче будет время этого короткого замыкания и при использовании конденсаторов не большой емкости (до 100 мкФ) ограничение тока находится в категории ЖЕЛАТЕЛЬНО. При емкости первичного конденсатора выше 100 мкФ ограничение тока переходит в категорию ОБЯЗАТЕЛЬНО.
    Самым простым способом ограничения тока является термистор - терморезистор который будет установлен последовательно с блоком питания по сети 220 вольт. Терморезистор при увеличении протекающего через него тока будет нагреваться за счет падения напряжения на нем и уменьшать свое сопротивление, тем самым ограничивая ток как в момент включения, так и во время работы.
    Основные параметры термистора для ограничения пускового тока сведены в таблицу:

ЗНАЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ
R, Ω при 25ºС	Сопротивление при температуре 25ºС в Омах
I MAX при 25ºС	Максимальный ток при температуре окружающей среды 25ºС в амперах
R, Ω при I MAX	Сопротивление при максимальном токе в Омах
C MAX при UIN 240V, µF	Емкость в мкФ, которую можно зарядить через термистор при входном напряжении 240 вольт
POWER MAX, W	Максимальное тепло, которое может рассеять термистор
Time Constant, SEC	Время выхода на минимальное сопротивление в секундах
Temperature Range, ºС	Диапазон температур в градусах

    Основных термисторов для ограничения тока в блоках питания два типа - SCK и NTC. SCK серия обычно зеленого цвета, а NTC черные.

    При выборе термистора необходимо учитывать какой емкости используется конденсатор в фильтре первичного питания и какой максимальный ток будет протекать через термистор. Именно по эти параметры дают понимание о том какая нагрузочная характеристика у термистора и чем выше нагрузка тем большего размера придется использовать термистор. Именно поэтому термисторы разделены по типоразмерам и сопротивлению. Серия SCK начинается от 5 мм в диаметре и заканчивается 30 мм в диаметре. NTC имеет более скромный выбор - от 9 до 20 мм.
    Оба типа термисторов способны разогреваться до 200 градусов, поэтому при разработке печатной платы следует предусмотреть достаточное расстояние от термистора до других компонентов схемы и и обеспечить хорошую теплоотдачу с выводов термистора в печатную плату, чтобы при нагреве он не самовыпаялся. Для этого у термисторов оставляют максимально возможной длины выводы и довольно часто используют полые заклепки в печатной плате, в которые термисторы и впаиваются.
    Найти подробную информацию (даташит) для лентяев по NTC не удалось, а вот по серии SCK удалось найти довольно подробный даташит, в котром кроме основных электрических параметров указана максимальная емкость конденсатора, которую термистор может зарядить без выхода из строя.
    Даташник хоть и подробный, но довольно не удобный в использовании - переходящая со страницы в страницу таблица заставляет довольно много крутить колесы мыши, что не очень удобно. Поэтому табличка была порезана на фрагменты согласно типоразмерам термисторов.

    При использовании термистора в качестве ограничителя тока крайне желательно знать, какой термистр сможет заряжать какую емкость. Однако в даташника на термисторы серии NTC емкость заряжаемого конднесатора не указывается.

    Сравнив базовые параметры термисторов серии SCK и NTC не трудно сделать вывод, что параметры довольно похожи, но у термистора NTC сопротивление в нагретом состоянии несколько меньше. Но до НАГРЕТОГО состояния термистор дойти не успеет - гораздо раньше сработает реле, шунтирующее термистор и ток через термистор перестанет протекать.
    Исходя из этого можно вполне заключить, что емкость заряжаемого конденсатора будет зависить в конечном итоге от размера термистора, а предпочтение придется отдать темисторам серии NTC, поскольку они как минимум в 2 раза дешевле серии SCK. Ну а чтобы каждый раз не шариться по таблицам лучше составить отдельную, финальную таблицу, в которой указать зависимость емкости заряжаемого конденсатора от размера термистора. Для большей надежности проектируемого блока питания в таблице укажем МИНИМАЛЬНОЕ значение емкости в типоразмере термистора:

СКАЧАТЬ ДАТАШИТ НА ТЕРМИСТОРЫ

    Какой термистр для заряда какой емкости определились. Однако во время включения нужно чтобы еще диодный мост остался целым, а для этого необходимо вычислить какой ток будет протекать через термист в момент включения, чтобы он не превысил максимальный ток диодного моста. И было бы не плохо узнать сколько времени через термистр будет заряжать конденсатор фильтра первичного питания, т.е. через сколько можно включать реле софт старта, если таковое имеется.
    Для примера возьмем диодный мост KBPC5010, емкость первичного конденсатора 1000 мкФ и валяющиеся на полке термисторы NTC5D-20 и NTC8D15. Все это будет работать совместно и системой мягкого старта на реле.
    Максимальный ток через диодный мост можно вычисть по закону Ома:
       I = U / R, где I - ток, U - амплитудное значение переменного напряжения и R - сопротивление термистора в холодном состоянии. Поскольку мы самостоятельно задаем диапазон питающих напряжений для блока питания, то значение напряжения выбираем самостоятельно, согласно техническому заданию. Допустим у нас блок питания должен работать в диапазоне напряжни от 180 до 260 вольт. Следовательно амплитудное значение напряжения будет равно 260 х 1,414 = 368 вольт. Для термистора NTC5D-20 значение тока через диодный мост составит:
        I = 368 / 5 = 73 А
    Причем значение тока в первый момент времени не будет зависеть от емкости конденсатора. От емкости конденсатора будет зависеть сколько времени ток около 70 ампер будет идти через диодный мост. В любом случае даже для диодного моста KBPC5010 значение тока значительно превышает максимальное значение, а проверять границы технологического запаса лично мне не хочется. Да и искра при включении прибора в розетку будет не маленькая.
    NTC8D15 даже расчитывать смысла нет - максимальная емкость, которую он сможет зарядить без самоликвидации составляет 680 мкФ.
    Используя последовательное сопротивление двух термисторов получаем сопротивление в 10 Ом и 18 Ом соответственно для NTC5D-20 и NTC8D15. Мгновенное значение тока для NTC5D-20 получается:
        I = 368 / 10 = 37 А
    Диодный мост уже выдержит, но не факт, что автоматы на счетчике не отреагируют на подобный ток. Если автоматы на 25 ампер, да еще солидного производителя скорей всего их выбьет.
    Два последовательных термистора NTC8D15 уже смогут зарядить емкость в 1300 мкФ, а это больше требуемой 1000 мкФ, указанной в техзадании. Мгновенное значение тока получаем:
        I = 368 / 16 = 23 А
    Это уже более приемлемый вариант и его можно было бы оставить, но...
    Габариты у NTC8D15 несколько меньше, чем у NTC5D-20, поэтому используем ТРИ термистора (по печатной плате будет более удобная разводка) NTC8D15 и получаем максимальный ток:
        I = 368 / 24 = 15 А
    Осталось вычислить через сколько времени уже можно включать реле софтстарта. Тут придется вывалить чуть больше формул, чем закон Ома, поэтому пойдем по ЛЕНИВОМУ пути - воспользуемся онлайн калькулятором, который мне удалось нарять в интернете и который любезно предоставляет коды для встраивания на свои страницы.
    В строке ЭДС источника подставляем наши 368 вольт, в строке Сопротивление ставим сопротивление трех термисторов, в строке Емкость ставим 1000 мкФ.
    Рассчет происходит автоматически в браузера Опера и Гугл, иначе нажимайте кнопку РАССЧИТАТЬ.
    В строке Время зарядки конденсатора до 99.2%, миллисекунд уже появилось значение времени, через которое уже можно включать реле софстарта. Однако это время равно 120 мС, а период для 50 Гц сетевого напряжения у нас равен 20 мС, следовательно у нас пройдет как минимум 6 периодов, т.е. 12 полуволн синусоды будут заряжать емкость, а это не постоянное напряжение, предусмотренное калькулятором. Поэтому это значение для запаса просто умножаем на 2 и в строку Время зарядки вводим 240 мС.

ЗАРЯД КОНДЕНСАТОРА

    Итак мы получили результат:
    Для ограничение пускового тока нашего блока питания необходимо 3 термистора NTC8D15, соединенных последовательно, при этом пусковой ток ограничивается 15-ю амперами.
    Реле софтстарта можно включать через 240 мС с момента подачи питания.
   
    Откровенно говоря данный рассчет как раз для случая ЭТО НАДО БЫЛО ЕЩЕ ВЧЕРА, т.е. рассчет сделан для тех элементов, которые есть в наличии прямо СЕЙЧАС. Если же проектируется блок питания, то следует ограничить пусковой ток до величины хотя бы 5 ампер, а для этого использовать 4-5 штук NTC10D11 ограничив ток на уровне 7-9 ампер.
   
    Предвижу возражения, мол А ЗАЧЕМ ТАК? МОЖНО И РЕЗИСТОРАМИ ОБОЙТИСЬ!
    Конечно можно. И на производстве используются все ТРИ вида ограничения пускового тока:
    При помощи керамических резисторов;
    При помощи термисторов;
    При помощи пленочных конденсаторов.

   
    А вот что именно использовать для ограничения тока решают технолог и экономист - что дешевле, что надежней, что компактней, что удобней монтировать при производстве.
   
   
   
   
    Под занавес калькулятор тока разряда конденсатора - бывает и такое, что конденсатор нужно разряжать принудительно и быстро. В блоках питания обычно используют резисторы на 1-2 Вт номиналом от 100 кОм, чтобы после выключения конденсаторы первичного питания разряжались.

РАЗРЯД КОНДЕНСАТОРА