Как работает термистор в блоке питания?

Обновлено: 04.07.2024

Термистор – это устройство, которое можно использовать для измерения температуры путем сопоставления измеренного значения его электрического сопротивления с температурой окружающей среды или конкретной детали, на которой установлен термистор. Термин «термистор» происходит от объединения и сокращения двух других слов — «тепловой» и «резистор». Термисторы можно рассматривать как термочувствительные резисторы — устройства, значение сопротивления которых можно использовать для определения температуры.

В этой статье термисторы будут рассмотрены более подробно, включая то, что они из себя представляют, как они работают, различные используемые типы, их применение и ключевые параметры производительности, используемые при определении этих устройств.

Чтобы узнать больше о других типах электрических и электронных устройств, см. соответствующие руководства, список которых приведен в конце этой статьи. Дополнительную информацию о других типах датчиков см. в соответствующем руководстве «Датчики. Полное руководство (типы, области применения и поставщики)».

Что такое термистор?

Термисторы – это тип датчика температуры, который используется в самых разных приложениях и может рассматриваться как особый тип резистора. Все резисторы обычно имеют некоторую зависимость от температуры, а это означает, что значение их сопротивления будет несколько меняться в зависимости от температуры. Этот эффект определяется и измеряется температурным коэффициентом сопротивления, или TCR. TCR можно определить как процентное изменение значения сопротивления, которое происходит при заданном изменении температуры. Иногда он выражается в частях на миллион (ppm) на градус Цельсия и может быть выражен как:

где R₂ — значение сопротивления при рабочей температуре T₂, а R₁ — значение сопротивления при температуре T< sub>1, которая обычно имеет комнатную температуру (25 o C).

Для типичных постоянных или переменных резисторов, используемых в электрических схемах, желателен небольшой TCR, поскольку он обеспечивает стабильные электрические характеристики в диапазоне температур. Однако для термисторов предпочтительнее большое значение TCR, поскольку оно позволяет легче измерить изменение значения сопротивления в зависимости от температуры и использовать его как точное отражение изменения температуры.

Термисторы часто используются в качестве альтернативы другим типам тепловых измерительных устройств, например резистивным термометрам (RTD). (Более подробную информацию о других типах датчиков температуры, включая RTD, можно найти в наших соответствующих руководствах «Все о датчиках температуры и типах контактных датчиков».)

Типы термисторов и принцип их работы

Как правило, термисторы делятся на два основных типа:

Отрицательный температурный коэффициент или термисторы NTC
Положительный температурный коэффициент или термисторы PTC

Термистор с отрицательным температурным коэффициентом обладает тем свойством, что при повышении температуры сопротивление устройства уменьшается. Следовательно, значение TCR для этих устройств является отрицательным и будет показано графически в виде кривой с отрицательным наклоном, когда сопротивление отложено по оси y, а температура отложена по оси x. На рисунке 1 ниже показан пример кривой характеристики термистора NTC. Помимо снижения сопротивления, связанного с повышением температуры, обратите внимание, что наклон кривой не является постоянным, и поэтому зависимость между сопротивлением и температурой нелинейна. Кроме того, чем круче кривая, тем больше температурная чувствительность устройства, поскольку относительно небольшое изменение температуры может привести к большому изменению значения сопротивления термистора.

Рисунок 1. Пример характеристической кривой сопротивления-температуры для термистора NTC

Термисторы с положительным температурным коэффициентом, напротив, имеют прямую зависимость между сопротивлением устройства и температурой. При повышении температуры (выше определенной точки) сопротивление термистора также увеличивается. На рисунке 2 ниже показан пример графика характеристик термистора с положительным температурным коэффициентом.

Рисунок 2. Пример характеристической кривой зависимости сопротивления от температуры для термистора с положительным температурным коэффициентом

Как видно из этой кривой, поведение сопротивления термистора PTC к изменению температуры очень нелинейно. Первоначально сопротивление устройства снижается с повышением температуры, достигая минимального значения R_min, после чего снова начинает увеличиваться при дальнейшем повышении температуры. Как только температура достигает критической точки (называемой температурой Кюри, температурой переключения, температурой перехода или температурой точки разрыва — T_b, как показано на рисунке 2), устройство показывает резкое увеличение сопротивления с каждым разом. степень изменения температуры. При температурах ниже T_b говорят, что устройство работает в состоянии низкого сопротивления; выше T_b устройство переходит в состояние высокого сопротивления.

Существует два основных типа термисторов PTC: термочувствительные кремниевые резисторы (также называемые силисторами) и переключающие термисторы PTC. На рис. 2 представлена характеристическая кривая, более типичная для переключающего термистора с положительным температурным коэффициентом. Силистор имеет тенденцию к более линейному увеличению сопротивления при изменении температуры в номинальном рабочем диапазоне и чаще всего используется для обеспечения температурной компенсации кремниевых полупроводниковых устройств.

Применение термисторов

Термисторы NTN чаще всего используются в приложениях для измерения и контроля температуры из-за их большого изменения сопротивления в зависимости от температуры. Они также используются в электрических цепях, где необходима температурная компенсация, например, с генераторами или ЖК-дисплеями. Поскольку они испытывают временную задержку перед достижением более низкого сопротивления, еще одним применением этих устройств является функция ограничителя тока для пускового тока. Кроме того, эти термисторы могут найти применение в качестве датчиков наличия жидкости. Когда жидкость вступает в контакт с устройством, константа рассеяния изменяется, позволяя термистору обнаруживать такой контакт.

Переключающие термисторы PTC обладают характеристиками, которые позволяют использовать их либо в качестве нагревателя, либо в качестве самовосстанавливающегося предохранителя. Термисторы PTC могут эффективно нагревать объект до определенной температуры и поддерживать это значение температуры. Характеристическая кривая, показанная на рис. 2, показывает, что в состоянии высокого сопротивления устройство саморегулируется при постоянной (заданной) температуре. Если температура снижается, сопротивление уменьшается, что позволяет большему току проходить через устройство, рассеивая больше энергии и снова повышая температуру. Точно так же, если температура превысит установленное значение, сопротивление устройства увеличится, ограничивая протекание тока и вызывая падение температуры. Производители могут изменить состав керамических материалов, используемых в конструкции термистора с положительным температурным коэффициентом, что затем может в некоторой степени изменить температуру перехода и регулируемую температуру. Области применения, в которых термисторы с положительным температурным коэффициентом используются в качестве нагревателя, включают нагреватели дизельного топлива для нагрева топлива для облегчения запуска холодного двигателя, как часть парафиновых двигателей для управления дверцей дозатора мыла в посудомоечной машине, в биметаллических переключателях и в индикаторах угла атаки в самолет. Термисторы PTC используются во многих других приложениях для нагрева, включая:

Нагреватели блока цилиндров двигателя в холодном климате
Защита от обледенения зеркала
Подогреватели кофейников
Керамические обогреватели
Клапаны с термоэлектрическим приводом

Внезапное и резкое изменение высокого сопротивления выше температуры Кюри — это свойство, которое позволяет использовать термисторы PTC в приложениях в качестве самовосстанавливающихся предохранителей, например, для устранения бросков тока и обеспечения защиты от перегрузки по току. Например, в случае электродвигателя с набором пусковых обмоток термистор с положительным температурным коэффициентом может быть электрически подключен последовательно с пусковой катушкой. Когда двигатель первоначально активируется, термистор PTC работает в состоянии с низким сопротивлением и позволяет току проходить через пусковые обмотки. Когда ток протекает через устройство, оно рассеивает тепло и нагревается. Как только устройство переходит в состояние высокого сопротивления, подача тока к пусковым обмоткам фактически прекращается, и пусковая катушка отключается от цепи.

Точно так же термисторы PTC могут ограничивать ток в ситуации перегрузки по току. В случае возникновения короткого замыкания внезапный ток, протекающий через термистор, приведет к его быстрому нагреву выше температуры перехода. Находясь в состоянии высокого сопротивления, устройство может ограничить ток, протекающий через цепь, чтобы предотвратить продолжение короткого замыкания или перегрузки по току. После устранения перегрузки по току ток, протекающий через термистор PTC, падает, устройство охлаждается, а его сопротивление уменьшается по мере выхода из состояния высокого сопротивления.Таким образом, термисторы PTC ведут себя как самовосстанавливающиеся предохранители.

Технические характеристики и основная терминология

Термисторы определяются рядом ключевых технических характеристик и терминов; некоторые из наиболее важных из них приведены ниже.

Сопротивление при нулевой нагрузке — представляет собой сопротивление термистора в условиях холостого хода, т. е. измеренное с использованием такого уровня мощности, при котором тепловыделение от рабочего тока в устройстве незначительно или отсутствует. Измерение обычно проводят при комнатной температуре (25 o C).
Бета-константа (β), также иногда называемая значением B, представляет собой наклон кривой зависимости сопротивления от температуры в заданном диапазоне температур. Для температур T₁ и T₂ это значение можно рассчитать как:

Альфа (α) – представляет температурный коэффициент сопротивления при нулевой мощности, определяемый как относительное изменение сопротивления, связанное с изменением температуры. Он связан с первой производной кривой R-T и определяется как:

где R — сопротивление, а T — температура.

Температурная постоянная времени (τ) – определяется как время, необходимое термистору для перехода на 63,2 %, или ( 1 – 1/e) разницы между начальной и конечной температурами. Это значение основано на экспоненциальной модели изменения температуры термистора во времени, которое можно аппроксимировать следующим образом:

Постоянная рассеяния (δ) – измеряет мощность, необходимую для изменения температуры термистора на 1 o C за счет самонагрева от приложенного тока смещения. Значение измеряется при определенной температуре окружающей среды и выражается в мВт/°C.

Обзор

В этой статье были рассмотрены основы термисторов, включая то, что они из себя представляют, как они работают, типы и области их применения. Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг, включая поставщиков термисторов NTC и PTC.

Термисторы (терморезисторы) представляют собой переменные резисторы, зависящие от температуры. Существует два типа термисторов: с положительным температурным коэффициентом (PTC) и с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). Когда температура повышается, сопротивление термистора PTC увеличивается, а сопротивление термистора NTC уменьшается. Они демонстрируют противоположную реакцию при понижении температуры.

Оба типа термисторов используются в различных областях применения. Однако здесь основное внимание будет уделено использованию термисторов NTC для измерения температуры в приложениях на базе микроконтроллеров.

Технические характеристики термистора
Следующие параметры термистора NTC можно найти в паспорте производителя.

Сопротивление
Это сопротивление термистора при температуре, указанной производителем, часто 25°C.
Допуск
Указывает, насколько сопротивление может отличаться от указанного значения. Обычно выражается в процентах (например, 1%, 10% и т. д.). Например, если указанное сопротивление при 25°C для термистора с допуском 10% составляет 10 000 Ом, то измеренное сопротивление при этой температуре может находиться в диапазоне от 9 000 до 11 000 Ом.
Константа B (или Бета).
Значение, представляющее соотношение между сопротивлением и температурой в заданном диапазоне температур. Например, «3380 25/50» означает бета-константу 3380 в диапазоне температур от 25°C до 50°C.
Допуск по бета-константам
Допуск по бета-константе в процентах.
Диапазон рабочих температур
Минимальная и максимальная рабочая температура термистора.
Тепловая постоянная времени
При изменении температуры время, необходимое для достижения 63% разницы между старой и новой температурами.
Постоянная теплового рассеяния
Термисторы подвержены самонагреву при пропускании тока. Это количество энергии, необходимое для повышения температуры термистора на 1°C. Он указывается в милливаттах на градус Цельсия (мВт/°C).Обычно рассеиваемая мощность должна поддерживаться на низком уровне для предотвращения самонагрева.
Максимально допустимая мощность
Максимально рассеиваемая мощность. Указывается в ваттах (Вт). Превышение этой спецификации приведет к повреждению термистора.
Таблица температур сопротивления
Таблица значений сопротивления и соответствующих температур в диапазоне рабочих температур термисторов. Термисторы работают в относительно ограниченном диапазоне температур, обычно от -50 до 300 °C, в зависимости от типа конструкции и покрытия.

Как и в случае с любым резистором, вы можете использовать настройку омметра на мультиметре для измерения сопротивления термистора. Значение сопротивления, отображаемое на мультиметре, должно соответствовать температуре окружающей среды рядом с термистором. Сопротивление изменится в ответ на изменение температуры.

Рисунок 1. Сопротивление термистора изменяется в зависимости от температуры.

На рис. 2 показана реакция термистора NTC в диапазоне температур от -40°C до 60°C. Из рисунка видно, что термисторы обладают высокой чувствительностью. Небольшое изменение температуры вызывает большое изменение сопротивления. Также обратите внимание, что отклик этого термистора не является линейным. То есть изменение сопротивления при заданном изменении температуры не является постоянным в диапазоне температур термистора.

Рисунок 2: Кривая температурного сопротивления термистора от -40°C до 60°C

Технический паспорт производителя включает список значений сопротивления термистора и соответствующих температур во всем диапазоне. Одним из решений, позволяющих справиться с такой нелинейной характеристикой, является включение в ваш код справочной таблицы, содержащей эти данные о термостойкости. После расчета сопротивления (будет описано позже) ваш код ищет в таблице соответствующую температуру.

Линеаризация отклика термистора

С аппаратной стороны вы можете линеаризовать реакцию термистора, поместив фиксированный резистор параллельно или последовательно с ним. Это улучшение будет достигнуто за счет некоторой точности. Значение резистора должно быть равно сопротивлению термистора в средней точке интересующего температурного диапазона.

Термистор – комбинация параллельных резисторов

На рис. 3 показана S-образная кривая температурного сопротивления, полученная при параллельном соединении резистора 10K с термистором, сопротивление которого равно 10K при 25°C. Это делает область кривой между 0°C и 50°C довольно линейной. Обратите внимание, что максимальная линейность достигается в средней точке при 25 °C.

Рисунок 3: Кривая температурного сопротивления комбинации термистора и параллельного резистора.

Комбинация термистор - последовательный резистор (делитель напряжения)

Обычно микроконтроллеры собирают аналоговые данные с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Вы не можете напрямую прочитать сопротивление термисторов с помощью АЦП. Комбинация термистор-резистор, показанная на рис. 4, представляет собой простое решение в виде делителя напряжения.

Рисунок 4. Термисторный делитель напряжения.

Вы используете следующую формулу для расчета выходного напряжения делителя напряжения:

Vo = Vs * (R0 / ( Rt + R0 ))

Линеаризованная кривая температура-напряжение на рис. 5 показывает изменение выходного напряжения делителя напряжения Vo в ответ на изменение температуры. Напряжение источника Vs равно 5 вольт, сопротивление термистора Rt равно 10 кОм при 25°C, а сопротивление последовательного резистора R0 равно 10 кОм. Подобно приведенной выше параллельной комбинации резистор-термистор, эта комбинация имеет максимальную линейность вокруг средней точки кривой, которая соответствует температуре 25 °C.

Рисунок 5: Кривая температура-напряжение.

Обратите внимание, что, поскольку Vs и R0 постоянны, выходное напряжение определяется Rt. Другими словами, делитель напряжения преобразует сопротивление термистора (и, следовательно, температуру) в напряжение. Идеально подходит для ввода в АЦП микроконтроллера.

Преобразование данных АЦП в температуру путем определения сопротивления термистора

Чтобы преобразовать данные АЦП в температуру, сначала нужно найти сопротивление термистора, а затем использовать его для определения температуры.

Вы можете изменить приведенное выше уравнение для делителя напряжения, чтобы найти сопротивление термистора Rt:

Rt = R0 * (( Vs / Vo ) - 1)

Если опорное напряжение АЦП (Vref) и напряжение источника делителя напряжения (Vs) совпадают, то верно следующее:

adcMax / adcVal = Vs / Vo

То есть отношение входного напряжения делителя напряжения к выходному напряжению такое же, как отношение значения полного диапазона АЦП (adcMax) к значению, возвращаемому АЦП (adcVal). Если вы используете 10-разрядный АЦП, то значение adcMax равно 1023.

Рисунок 6: Схема делителя напряжения и АЦП с общим опорным напряжением.

Теперь вы можете заменить отношение напряжений отношением значений АЦП в уравнении для определения Rt:

Rt = R0 * ((adcMax / adcVal) - 1)

Например, предположим термистор с сопротивлением 10 кОм при 25°C, 10-битный АЦП и adcVal = 366.

Rt = 10 000 * ((1023 / 366) – 1)
= 10 000 * (2,03)
= 17 951 Ом

После того как вы рассчитаете значение Rt, вы можете использовать справочную таблицу, содержащую данные о температурном сопротивлении для вашего термистора, чтобы найти соответствующую температуру. Расчетное сопротивление термистора в приведенном выше примере соответствует температуре примерно 10 °C.

9 18 670
10 17 926
11 17 214

Технические данные производителя могут не включать все значения термостойкости термистора, или у вас может не хватить памяти, чтобы включить все значения в справочную таблицу. В любом случае вам потребуется включить код для интерполяции между перечисленными значениями.

Прямым вычислением температуры

Кроме того, вы можете использовать уравнение, которое аппроксимирует кривую температурного отклика термисторов для расчета температуры. Например, широко используемое уравнение Стейнхарта-Харта показано ниже. Это не так точно, как данные производителя о сопротивлении-температуре. Однако, по сравнению с другими методами, он обеспечивает гораздо более точное приближение кривой отклика термистора во всем его рабочем диапазоне.

1/T = A + B*ln(R) + C*(ln(R))^3

Производитель может указывать значения коэффициентов A, B и C, а может и не указывать. В противном случае их можно получить, используя измеренные данные термостойкости. Однако это выходит за рамки данной статьи. Вместо этого мы будем использовать более простое уравнение параметра бета (или B), показанное ниже. Хотя оно и не так точно, как уравнение Стейнхарта-Харта, оно все же дает хорошие результаты в более узком диапазоне температур.

1/T = 1/T0 + 1/B * ln(R/R0)

Переменная T представляет собой температуру окружающей среды в градусах Кельвина, T0 обычно представляет собой комнатную температуру, а также в градусах Кельвина (25 °C = 298,15 K), B – бета-константа, R – сопротивление термистора при температуре окружающей среды (аналогично Rt выше), R0 — сопротивление термистора при температуре T0. Значения T0, B и R0 можно найти в паспорте производителя. Вы можете рассчитать значение для R, как описано ранее для Rt.

Если напряжение источника делителя напряжения и Vref совпадают, вам не нужно знать R0 или находить R для расчета температуры. Помните, что вы можете написать уравнение для сопротивления термистора в терминах отношения значений АЦП:

R = R0 * ( ( adcMax / adcVal ) - 1 )

1/T = 1/T0 + 1/B * ln( R0 * ((adcMax / adcVal) - 1) / R0)

R0 отменяется, остается:

1/T = 1/T0 + 1/B * ln( (adcMax / adcVal) – 1)

Возьмите обратную величину результата, чтобы получить температуру в Кельвинах.

Например, предположим, что термисторный делитель напряжения подключен к 10-разрядному АЦП. Бета-константа термистора равна 3380, сопротивление термистора (R0) при 25°C равно 10 кОм, а АЦП возвращает значение 366.

1/T = 1/298,15 + 1/3380 * ln((1023 / 366) - 1 )
1/T = 0,003527
T = 283,52K – 273,15K = 10,37°C< /p>

Пример: простой регистратор температуры на базе Arduino

На рис. 7 показан простой регистратор температуры, состоящий из Arduino Uno SBC и термисторного делителя напряжения (справа). Выход делителя напряжения подключен к внутреннему 10-битному АЦП Arduino через один из аналоговых контактов. Arduino получает значение АЦП, вычисляет температуру и отправляет ее на последовательный монитор для отображения.

Рисунок 7. Схема регистратора температуры Arduino.

В следующем скетче Arduino используется уравнение параметра B для расчета температуры. Функция getTemp выполняет большую часть работы.Он несколько раз считывает аналоговый вывод и усредняет значения АЦП. Затем он вычисляет температуру в градусах Кельвина, преобразует ее в градусы Цельсия и Фаренгейта и возвращает все три значения в основной цикл. Основной цикл неоднократно вызывает getTemp с двухсекундной задержкой между вызовами. Он отправляет значения температуры, возвращенные getTemp, на последовательный монитор.

Рис. 8. Скриншот выходных данных регистратора температуры.

Ошибка измерения и разрешение АЦП

Существует ряд факторов, которые могут способствовать возникновению ошибки измерения. Например, термистор и добавочные резисторы могут отличаться от своих номинальных значений (в пределах заданных допусков), или может быть ошибка из-за самонагрева термистора, или электрическая помеха может привести к колебаниям на входе АЦП[6].< /p>

Измерьте последовательный резистор (R), чтобы получить фактическое сопротивление, и используйте это значение при расчете температуры.
Аналогичным образом, если возможно, измерьте фактическое сопротивление (R0) термистора в точке T0 и используйте это значение в своих расчетах. Вам понадобится точный термометр, точный измеритель сопротивления и способ получения желаемой температуры.
В качестве альтернативы вы можете выбрать термистор и резистор с более жесткими допусками, чтобы уменьшить ошибку до уровня, приемлемого для вашего приложения.
Оказывается, бета-константа на самом деле не постоянна. Значение зависит от температуры и, как упоминалось ранее, обычно дается для определенного диапазона температур. Если вы можете получить точные значения сопротивления термистора при двух температурах в интересующем вас диапазоне (предпочтительно в конечных точках), вы можете использовать следующую формулу [2], чтобы найти фактическую бета-константу для вашего термистора.

В лучшем случае температура в приведенном выше примере точна с точностью до 0,1 °C. Это связано с ограничением разрешения АЦП.

АЦП не чувствителен к изменениям напряжения между шагами. Для 10-разрядного АЦП наименьшее изменение напряжения, которое можно измерить, равно Vref/1023. Это разрешение АЦП по напряжению. Если Vref равно 5 В, разрешение по напряжению равно 4,89 мВ. Предполагая, что T0 составляет 25°C, наименьшее изменение температуры, которое можно обнаружить при 25°C, составляет ±0,1°C. Это температурное разрешение при 25°C. Это означает, что изменение младшего значащего бита вызовет скачок отображаемой температуры на 0,1°C. Этот скачок связан с разрешением АЦП, а не с ошибкой измерения.

Сегодня многие приложения, включая промышленное оборудование, электроинструменты и другое сильноточное оборудование, используют ограничение пускового тока в качестве основного конструктивного решения для борьбы с проблематичными последствиями пускового тока. Пусковой ток возникает, когда система включается и испытывает скачок тока. Этот ток может быть значительно выше стандартного рабочего тока. При неправильном управлении это может сократить эффективный срок службы и привести к повреждению оборудования. Например, пусковой ток может вывести из строя охлаждающий вентилятор, что в конечном итоге приведет к полному отказу системы.

Применения, которые быстро включаются и выключаются, например сварочное оборудование, требуют ограничения пускового тока. Цепь ограничения пускового тока должна мгновенно сбрасываться при каждом включении питания для защиты системы. Это еще больше усложняет управление пусковым током.

Обзор пускового тока

При включенном питании может возникать высокий пусковой ток, так как конденсатор цепи блока питания гасит пульсации выходного тока. Этот конденсатор действует как короткое замыкание, вызывая бросок тока. Пуск продолжается до тех пор, пока конденсатор не зарядится. Длина пускового тока зависит от источника питания и промежуточного конденсатора.

Низкое внутреннее сопротивление блока питания усугубляет эту проблему. Любое сопротивление в источнике питания приводит к неэффективности из-за нагрева. Чтобы минимизировать сопротивление, инженеры обычно используют индуктивную нагрузку. Хотя это повышает общую эффективность работы источника питания, отсутствие сопротивления позволяет пусковому току проходить в основную систему при включении источника питания.

Временное введение высокого сопротивления между источником питания и системой при включении ограничивает пусковой ток. Сопротивление отключается, когда первоначальный выброс тока при включении питания достигает завершения.

Ограничение на основе NTC

Для многих систем термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) может эффективно ограничивать пусковой ток. Термистор NTC обеспечивает переменное сопротивление в зависимости от его температуры.Размещение термистора NTC между источником питания и системой ограничивает пусковой ток (см. рис. 1). Сначала начальная температура термистора NTC низкая, что обеспечивает высокое сопротивление. Когда система включена, она активирует термистор NTC, вызывая повышение температуры и, следовательно, снижение сопротивления. Когда сопротивление падает до низкого значения, ток проходит, не оказывая отрицательного влияния на нормальную работу или энергоэффективность.

Ограничители пускового тока обычно устанавливаются в точках A и B или C и D и, в зависимости от приложений, иногда только в точках A или C.

Рисунок 1:

Ограничительная схема на основе NTC

Для ограничения пускового тока между источником питания и системой размещается термистор NTC (см. рис. 1). При включении термистор NTC обеспечивает высокое сопротивление для ограничения пускового тока. Когда пусковой ток падает, термистор NTC самонагревается, а его сопротивление падает до достаточно низкого значения для пропускания тока.

Наши термисторы можно найти по адресу:

Например, рассмотрим систему с постоянным током 10 А и пусковым током 100 А. При включении питания термистор NTC MS32 100 15 имеет начальное сопротивление 10 Ом. Вместо 100 А NTC MS32 100 15 пропускает только 35 А. Затем, когда NTC MS32 100 15 самонагревается, его сопротивление падает и ток снижается до тех пор, пока пусковой ток не прекратится. NTC MS32 100 15 по-прежнему продолжает нагреваться, снижая сопротивление до 0,05 Ом, когда он достигает устойчивого состояния и пропускает ток с минимальной потерей эффективности.

Ограничение на основе NTC имеет несколько преимуществ по сравнению со схемой ограничения перенапряжения, в которой используется постоянный резистор и схема обхода. Схема на основе NTC обычно занимает половину площади платы постоянного резистора. Он также имеет очень простые критерии выбора для проектирования схемы. Поскольку сопротивление падает по мере самонагрева, обходная цепь не требуется для отключения ограничивающей цепи. Наконец, схема на основе NTC имеет меньшую общую стоимость по сравнению с ограничением на основе постоянного резистора.

Ограничение на основе PTC

Термисторы NTC являются наиболее часто используемыми ограничителями. Они имеют широкий спектр использования и применения. Однако существует несколько сценариев, требующих положительного температурного коэффициента (PTC). Если система соответствует одному из перечисленных ниже исключений, термистор PTC — лучший выбор.

Исключения

Температура окружающей среды выше комнатной: если температура окружающей среды уже высока, сопротивление термистора NTC будет ниже при включении системы. Это более низкое сопротивление уменьшит ограничивающие возможности термистора NTC и может поставить систему под угрозу.

Температура окружающей среды ниже комнатной: если температура окружающей среды уже низкая, сопротивление термистора NTC будет очень высоким. Высокое сопротивление может ограничить весь ток и помешать фактическому включению системы даже после окончания первоначального пускового тока.

Время сброса должно быть близким к нулю: некоторые типы оборудования, такие как сварочное оборудование или плазменный резак, часто включаются и выключаются в процессе своей нормальной работы. Это создает несколько экземпляров пускового тока. Ограничение на основе NTC основано на характере термистора NTC к самонагреву и снижению его сопротивления. Однако, когда система быстро выключается, а затем снова включается, термистор NTC может не полностью остыть. Термистору NTC требуется время, чтобы высвободить тепло и сбросить его, в зависимости от размера и массы термистора NTC. Если термистор NTC не успел остыть, его сопротивление будет ниже при повторном включении системы, что снизит его способность выдерживать пусковой ток и защищать систему.

Короткое замыкание. Короткое замыкание снижает внутреннее сопротивление системы почти до нуля, быстро увеличивая ток, потребляемый системой от источника питания. Поскольку термистор NTC ограничивает этот ток, его температура быстро увеличивается, что снижает его сопротивление. Это позволяет большему току протекать, пока он не может повредить систему. Сильный ток короткого замыкания также может разрушить термистор NTC.

Анализ ограничений на основе PTC

В предыдущих сценариях термистор с положительным температурным коэффициентом (PTC) может обеспечить эффективную защиту от пускового тока. Термистор PTC работает противоположно термистору NTC: с повышением температуры его сопротивление увеличивается. Сопротивление начинает быстро увеличиваться при температуре Кюри (T_c).Например, на рисунке 2 показано поведение термистора PTC MCL20 500 100 по сравнению с термистором NTC. При T_c сопротивление быстро возрастает. При низких температурах сопротивление остается постоянным.

Рисунок 2:

Сопротивление термистора NTC падает по мере его самонагрева, а сопротивление термистора PTC MCL20 500 100 увеличивается. При определенном пороге, 120 °C для PTC MCL20 500 100, сопротивление резко возрастает, что позволяет PTC MCL20 500 100 быстро реагировать на пусковой ток. Также обратите внимание на то, что PTC MCL20 500 100 имеет ровную характеристику при низких температурах, что делает его эффективным во всем температурном диапазоне.

Компромисс термистора PTC

При разработке схемы ограничения на основе PTC приходится идти на некоторые компромиссы. Термистор PTC стоит примерно в 1,5 раза больше, чем термистор NTC. Кроме того, для ограничения на основе PTC требуется активная цепь для обхода термистора PTC, чтобы предотвратить отключение всей системы. По мере увеличения сопротивления он ограничивает входящий ток. Это происходит даже после того, как пусковой ток упал до нормального уровня.

Обходная цепь активна при включении питания в течение заданного интервала времени, обычно в 3 или 4 раза превышающего время, необходимое для стабилизации пускового тока (см. рис. 3). Затем схема байпаса отключается и посылает ток обратно через термистор PTC для защиты системы от коротких замыканий. Если бы схема байпаса всегда срабатывала от высокого тока, то схема ограничения не обеспечивала бы защиты при коротком замыкании. В целом повышенная скорость реагирования и улучшенная защита перевешивают дополнительную сложность и стоимость схемы обхода.

Рисунок 3:

Полная схема ограничения на основе PTC с обходной схемой

Для схемы ограничения на основе PTC требуется схема байпаса для направления тока обратно через термистор PTC для защиты системы от коротких замыканий. Установив байпас в 3 или 4 раза больше, чем требуется для стабилизации пускового тока, время отклика ограничителя на основе PTC становится чрезвычайно быстрым.

Заключение

Термисторы NTC ограничивают пусковой ток, обеспечивая последовательное сопротивление в момент включения устройства. Они также являются наиболее часто используемыми термисторами, поскольку подходят для широкого спектра оборудования. Однако в некоторых сценариях могут потребоваться термисторы PTC. Эти термисторы останавливают пусковой ток, обеспечивая высокое сопротивление при высоких температурах. Примеры включают промышленное оборудование, электроинструменты и другие системы быстрого переключения (см. Таблицу 1). В этих случаях термисторы PTC обеспечивают экономичную защиту и превосходную реакцию. К другим преимуществам относятся: почти нулевое время сброса, возможность работы в экстремальных температурных условиях и эффективность при ограничении сильного тока от коротких замыканий.

Таблица сравнения NTC и PTC

Таблица 1:

Ограничение пускового тока на основе PTC обеспечивает множество преимуществ по сравнению с фиксированным ограничением или ограничением на основе NTC для таких приложений, как быстрое переключение и сильноточное промышленное оборудование и электроинструменты.

Как узнать, что термистор неисправен?
Мультиметр выбирает соответствующую передачу сопротивления. Два измерительных вывода соответственно контактируют на обоих концах термистора, и термистор нагревается вручную или другими способами. Если сопротивление изменяется линейно, значит, оно исправно, а если изменений нет, значит, оно вышло из строя.

Причин перегорания термистора несколько:
1. Мгновенный ток термистора слишком велик, и катушка сопротивления повреждена.
2. Провод сопротивления термистора изолирован и защищен от короткого замыкания между катушками;
3. Линейное напряжение нестабильно и имеет волнообразный характер, а мгновенное напряжение превышает индекс безопасности термистора.
Приведенные выше три пункта являются лишь причиной общей проблемы. Конкретная ситуация зависит от различных факторов, таких как среда использования термистора.

Что делать, если индукционная плита повреждена?
Повреждение термистора индукционной плиты необходимо вовремя остановить, отремонтировать и заменить.
Повреждение термистора индукционной плиты:
Термистор в середине катушки индукционной плиты используется для определения температуры посуды, предотвращения сухого пригорания сковороды и контроля температуры пищи в духовке. Сковорода.Когда этот термистор поврежден, индукционная плита прекращает выходную мощность (без нагрева) и отображает код неисправности.

Роль термистора в цепи питания
Роль термисторов NTC и PTC в цепи питания описана в форме вопроса и ответа.
Вопрос 1: Какова основная функция последовательно включенного резистора NTC в цепи переменного тока? Как это работает?
Вопрос 2: Какова основная функция варистора, подключенного параллельно в цепи переменного тока? Как это работает! Каким было бы влияние, если бы не было двух компонентов?

Последовательное соединение резисторов NTC в основном играет роль «токовой страховки» в цепи переменного тока.
Варистор подключается параллельно в цепи переменного тока в основном для «ограничения сверхвысокого напряжения». Чтобы избежать пускового тока, генерируемого в электронной схеме в момент включения, термистор NTC силового типа подключен последовательно в цепи питания, что может эффективно подавлять пусковой ток во время запуска. И после завершения подавления пускового тока значение сопротивления термистора NTC силового типа упадет в очень небольшой степени из-за непрерывного действия его тока. Он потребляет незначительную мощность и не влияет на нормальный рабочий ток. Поэтому использование NTC-термисторов силового типа в цепи питания является наиболее простой и эффективной мерой по подавлению скачков напряжения при запуске, чтобы обеспечить защиту электронного оборудования от повреждений.

В: В соответствии с тем, что вы имеете в виду, варистор лучше поставить сзади предохранителя, чтобы варистор не причинял никакого вреда сети при включении?
Предохранители вообще медленные! Правильно использовать NTC. NTC имеет высокое сопротивление, когда не находится под напряжением. После подачи питания сопротивление остается высоким, что ограничивает пусковой ток. Поскольку через NTC протекает ток, температура увеличивается, а сопротивление падает до очень низкого уровня, которым можно пренебречь.

Однако в этом случае при нормальной работе ток мал, а сопротивление мало. Потом вдруг скачок тока, или цепь, которая увеличивает ток, тогда она не может играть защитную роль, то есть варистор можно использовать только для предотвращения скачков напряжения при включенном питании?

По сути, после нормальной работы не возникает импульсного тока, верно?
Только импульсное напряжение. Если есть импульсный ток, например короткое замыкание в блоке питания, потому что NTC был включен, он не может помочь, работает только предохранитель. Помните, что NTC — это всего лишь защита загрузки. Представьте себе, что если цепь была запитана нормально, NTC имеет низкое сопротивление, и когда он сталкивается с высоким напряжением, NTC бессилен для защиты.

Хорошо отметить, что после периода нормальной работы блока питания частые включения и выключения могут привести к повреждению блока питания. Потому что в это время из-за повышения температуры NTC значение сопротивления уменьшается, и способность подавлять выбросы ограничена.
Честно говоря, NTC используется для подавления скачков напряжения при загрузке, и нет возможности часто включать и выключать. Поскольку ему нужно дождаться охлаждения NTC, вернуться к сопротивлению холодного состояния, его можно снова включить. Иначе смысл установки NTC пропадает.
При малом токе питания маленький NTC не сильно нагревается, поэтому имеет определенный эффект.

Я знаю, что использую резисторы NTC. Если вы используете обычные резисторы + реле или тиристоры, интересно, это нормально?
Очень хорошо, намного сильнее, чем простое использование резисторов NTC, NTC потеряет свое торможение при выключении и немедленном включении.
Поэтому частое переключение автоматов, NTC недействительно.
Однако цепь смещения тиристора не работает для одного резистора, и предполагается, что мощный источник питания не будет работать, так что потери немного велики. PTC — это страховая функция, а NTC — это ограничение импульсного тока.

NTC: Сопротивление отрицательной температуре, чем выше температура, тем меньше сопротивление, которое используется для ограничения пускового импульсного тока во входном контуре. Он выделяет тепло при нормальной работе, а сопротивление уменьшается, что не влияет на работу, но потребляет энергию, а потребляемой мощностью нельзя пренебрегать. NTC также можно использовать для измерения температуры.

PTC: Резистор положительной температуры, цепь во входном контуре. Также известен как: самовосстанавливающийся предохранитель.Он выделяет тепло при перегрузке по току, а сопротивление увеличивается, что эквивалентно отключению входа. После охлаждения сопротивление снижается и можно продолжать работу без замены. Часто используется с варистором, TVS.

Варистор:
Подобно лавинному эффекту регулируемого ДИОДА, ток быстро увеличивается после превышения напряжения фиксации, но не вызывает короткого замыкания, что отличается от газоразрядной трубки.

PTC имеет множество применений, например цепь размагничивания цветного телевизора, пусковая цепь компрессора холодильника и т. д.
Защита от перегрева иногда использует PTC, который находится в контуре PTC. Можно использовать NTC, но PTC эквивалентен роли предохранителя, NTC используется для ограничения пускового тока.

Читайте также: