Часто в различных источниках питания возникает задача ограничить стартовый бросок тока при включении. Причины могут быть разные – быстрый износ контактов реле или выключателей, сокращение срока службы конденсаторов фильтра итд. Такая задача недавно возникла и у меня. В компьютере я использую неплохой серверный блок питания, но за счет неудачной реализации секции дежурного режима, происходит сильный ее перегрев при отключении основного питания. Из-за этой проблемы уже 2 раза пришлось ремонтировать плату дежурного режима и менять часть электролитов, находящихся рядом с ней. Решение было простое – выключать блок питания из розетки. Но оно имело ряд минусов – при включении происходил сильный бросок тока через высоковольтный конденсатор, что могло вывести его из строя, кроме того, уже через 2 недели начала обгорать вилка питания блока. Решено было сделать ограничитель бросков тока. Параллельно с этой задачей, у меня была подобная задача и для мощных аудио усилителей. Проблемы в усилителях те же самые – обгорание контактов выключателя, бросок тока через диоды моста и электролиты фильтра. В интернете можно найти достаточно много схем ограничителей бросков тока. Но для конкретной задачи они могут иметь ряд недостатков – необходимость пересчета элементов схемы для нужного тока; для мощных потребителей – подбор силовых элементов, обеспечивающих необходимые параметры для расчетной выделяемой мощности. Кроме того, иногда нужно обеспечить минимальный стартовый ток для подключаемого устройства, из-за чего сложность такой схемы возрастает. Для решения этой задачи есть простое и надежное решение – термисторы.
Рис.1 Термистор
Термистор – это полупроводниковый резистор, сопротивление которого резко изменяется при нагреве. Для наших целей нужны термисторы с отрицательным температурным коэффициентом – NTC термисторы. При протекании тока через NTC термистор он нагревается и его сопротивление падает.
Рис.2 ТКС термистора
Нас интересуют следующие параметры термистора:
-
Сопротивление при 25˚С
-
Максимальный установившийся ток
Оба параметра есть в документации на конкретные термисторы. По первому параметру мы можем определить минимальный ток, который пройдет через сопротивление нагрузки при подключении ее через термистор. Второй параметр определяется максимальной рассеиваемой мощностью термистора и мощность нагрузки должна быть такой, что бы средний ток через термистор не превысил это значение. Для надежной работы термистора нужно брать значение этого тока меньшее на 20 процентов от параметра, указанного в документации. Казалось бы, что проще – подобрать нужный термистор и собрать устройство. Но нужно учитывать некоторые моменты:
- Термистор достаточно долго остывает. Если выключить устройство и сразу включить опять, то термистор будет иметь низкое сопротивление и не выполнит свою защитную функцию.
- Нельзя соединять термисторы параллельно для увеличения тока – из-за разброса параметров ток через них будет сильно различаться. Но вполне можно соединять нужное к-во термисторов последовательно.
- При работе происходит сильный нагрев термистора. Греются также элементы рядом с ним.
- Максимальный установившийся ток через термистор должен ограничиваться его максимальной мощностью. Этот параметр указан в документации. Но если термистор используется для ограничения коротких бросков тока (например, при первоначальном включении блока питания и зарядке конденсатора фильтра), то импульсный ток может быть больше. Тогда выбор термистора ограничен его максимальной импульсной мощностью.
Энергия заряженного конденсатора определяется формулой:
E = (C*Vpeak²)/2
где E – энергия в джоулях, C – емкость конденсатора фильтра, Vpeak – максимальное напряжение, до которого зарядится конденсатор фильтра (для наших сетей можно взять значение 250В*√2 = 353В).
Если в документации указана максимальная импульсная мощность, то исходя из этого параметра можно подобрать термистор. Но, как правило, этот параметр не указан. Тогда максимальную емкость, которую безопасно можно зарядить термистором, можно прикинуть по уже рассчитанным таблицам для термисторов стандартных серий.
Я взял таблицу с параметрами термисторов NTC фирмы Joyin. В таблице указаны:
Rном - номинальное сопротивление термистора при температуре 25°С
Iмакс - максимальный ток через термистор (максимальный установившийся ток)
Смакс - максимальная емкость в тестовой схеме, которую разряжают на термистор без его повреждения (тестовое напряжение 350v)
Как проводится тестовое испытание, можно посмотреть тут на седьмой странице.
Несколько слов о параметре Смакс – в документации показано, что в тестовой схеме конденсатор разряжается через термистор и ограничительный резистор, на котором выделяется дополнительная энергия. Поэтому максимальная безопасная емкость, которую сможет зарядить термистор без такого сопротивления, будет меньше. Я поискал информацию в зарубежных тематических форумах и посмотрел типовые схемы с ограничителями в виде термисторов, на которые приведены данные. Исходя из этой информации, можно взять коэффициент для Смакс в реальной схеме 0.65, на который умножить данные из таблицы.
Наименование |
Rном, Ом |
Iмакс, А |
Смакс, мкФ |
|
диаметр 8мм |
|
|||
JNR08S4R7M |
4,7 |
2 |
100 |
|
JNR08S040M |
4 |
2 |
100 |
|
JNR08S050M |
5 |
2 |
100 |
|
JNR08S060L |
6 |
2 |
100 |
|
JNR08S070L |
7 |
2 |
100 |
|
JNR08S080L |
8 |
2 |
100 |
|
JNR08S100L |
10 |
2 |
100 |
|
JNR08S150L |
15 |
2 |
100 |
|
JNR08S180L |
18 |
2 |
100 |
|
JNR08S200L |
20 |
1 |
100 |
|
JNR08S220L |
22 |
1 |
100 |
|
диаметр 10мм |
||||
JNR10S2R5M |
2,5 |
5 |
150 |
|
JNR10S030M |
3 |
4 |
150 |
|
JNR10S040M |
4 |
4 |
150 |
|
JNR10S050M |
5 |
4 |
150 |
|
JNR10S060L |
6 |
3 |
330 |
|
JNR10S070L |
7 |
3 |
330 |
|
JNR10S080L |
8 |
3 |
330 |
|
JNR10S100L |
10 |
3 |
330 |
|
JNR10S120L |
12 |
2,5 |
330 |
|
JNR10S130L |
13 |
2,5 |
330 |
|
JNR10S150L |
15 |
2,5 |
330 |
|
JNR10S160L |
16 |
2,5 |
330 |
|
JNR10S200L |
20 |
2 |
330 |
|
JNR10S250L |
25 |
2 |
330 |
|
JNR10S300L |
30 |
2 |
330 |
|
JNR10S470L |
47 |
2 |
330 |
|
JNR10S500L |
50 |
2 |
330 |
|
JNR10S800L |
80 |
1 |
390 |
|
JNR10S121L |
120 |
1 |
390 |
|
диаметр 13мм |
||||
JNR13S1R3M |
1,3 |
7 |
47 |
|
JNR13S2R5M |
2,5 |
5 |
68 |
|
JNR13S030M |
3 |
5 |
68 |
|
JNR13S050M |
5 |
5 |
100 |
|
JNR13S060L |
6 |
5 |
150 |
|
JNR13S070L |
7 |
4 |
330 |
|
JNR13S080L |
8 |
4 |
330 |
|
JNR13S100L |
10 |
4 |
330 |
|
JNR13S120L |
12 |
3 |
390 |
|
JNR13S150L |
15 |
3 |
560 |
|
JNR13S160L |
16 |
3 |
560 |
|
JNR13S180L |
18 |
2,8 |
470 |
|
JNR13S200L |
20 |
2,8 |
470 |
|
JNR13S250L |
25 |
2 |
560 |
|
JNR13R500L |
50 |
2 |
560 |
|
диаметр 15мм |
||||
JNR15S1R3M |
1,3 |
8 |
47 |
|
JNR15S1R5M |
1,5 |
8 |
100 |
|
JNR15S2R5M |
2,5 |
8 |
150 |
|
JNR15S030M |
3 |
7 |
330 |
|
JNR15S040M |
4 |
6 |
330 |
|
JNR15S050M |
5 |
6 |
390 |
|
JNR15S060L |
6 |
5 |
390 |
|
JNR15S070L |
7 |
5 |
470 |
|
JNR15S080L |
8 |
5 |
470 |
|
JNR15S100L |
10 |
5 |
560 |
|
JNR15S120L |
12 |
4 |
560 |
|
JNR15S150L |
15 |
4 |
680 |
|
JNR15S160L |
16 |
4 |
680 |
|
JNR15S180L |
18 |
4 |
680 |
|
JNR15S200L |
20 |
4 |
680 |
|
JNR15S250L |
25 |
3 |
680 |
|
JNR15S300L |
30 |
3 |
680 |
|
JNR15S400L |
40 |
3 |
1000 |
|
JNR15S470L |
47 |
3 |
1000 |
|
JNR15S800L |
80 |
2,5 |
680 |
|
JNR15S121L |
120 |
2 |
1000 |
|
JNR15S221L |
220 |
1 |
1500 |
|
диаметр 20мм |
||||
JNR20S0R7M |
0,7 |
12 |
470 |
|
JNR20S1R3M |
1,3 |
8 |
470 |
|
JNR20S2R5M |
2,5 |
8 |
330 |
|
JNR20S050M |
5 |
7 |
390 |
Таблица параметров NTC термисторов фирмы Joyin
Соединяя несколько одинаковых NTC термисторов последовательно, мы уменьшаем требования к максимальной импульсной энергии каждого из них.
Приведу пример. Например, нам необходимо подобрать термистор для включения блока питания компьютера. Максимальная мощность потребления компьютера – 700 ватт. Мы хотим ограничить стартовый ток величиной 2-2.5А. В блоке питания установлен конденсатор фильтра 470мкФ.
Считаем действующее значение тока:
I = 700Вт/220В = 3.18А
Как писал выше, для надежной работы термистора, выберем максимальный установившийся ток из документации на 20% больше этой величины.
Iмакс = 3.8А
Считаем нужное сопротивление термистора для стартового тока 2.5А
R = (220В*√2)/2.5А = 124 Ом
Из таблицы находим нужные термисторы. 6 штук последовательно включенных термисторов JNR15S200L подходят нам по Iмакс, общему сопротивлению. Максимальная емкость, которую они могут зарядить будет равна 680мкФ*6*0.65=2652мкФ, что даже больше, чем нам нужно. Естественно, при понижении Vpeak, понижаются и требования к максимальной импульсной мощности термистора. Зависимость у нас от квадрата напряжения.
И последний вопрос по поводу выбора термисторов. Что, если мы подобрали необходимые по максимальной импульсной мощности термисторы, но они нам не подходят по Iмакс (постоянная нагрузка для них слишком велика), либо в самом устройстве нам не нужен источник постоянного нагрева? Для этого мы применим простое решение – добавим в схему еще один выключатель параллельно термистору, который включим после зарядки конденсатора. Что я и сделал в своем ограничителе. В моем случае параметры такие – максимальная мощность потребления компьютера 400вт, ограничение стартового тока – 3.5А, конденсатор фильтра 470мкФ. Я взял 6 штук термисторов 15d11 (15 ом). Схема приведена ниже.
Рис. 3 Схема ограничителя
Пояснения по схеме. SA1 отключает фазовый провод. Светодиод VD2 служит для индикации работы ограничителя. Конденсатор C1 сглаживает пульсации и светодиод не мерцает с частотой сети. Если он вам не нужен, то уберите из схемы C1, VD6, VD1 и просто соедините параллельно светодиод и диод по аналогии элементов VD4, VD5. Для индикации процесса зарядки конденсатора, параллельно термисторам включен светодиод VD4. В моем случае при зарядке конденсатора блока питания компьютера, весь процесс занимает менее секунды. Итак, собираем.
Рис.4 Набор для сборки
Индикацию питания я собрал непосредственно в крышке от выключателя, выкинув из нее китайскую лампу накаливания, которая бы прослужила недолго.
Рис. 5 Индикация питания
Блок термисторов.
Рис.6 Блок термисторов
В сборе.
Рис. 7 Собранный ограничитель
На этом можно было бы закончить, если бы через неделю работы не вышли из строя все термисторы. Выглядело это так.
Рис. 8 Выход из строя NTC термисторов
Несмотря на то, что запас по допустимой величине емкости был очень большой – 330мкФ*6*0.65=1287мкФ.
Термисторы брал в одной известной фирме, причем разных номиналов – все брак. Производитель неизвестен. Либо китайцы заливают в большие корпуса термисторы меньших диаметров, либо качество материалов очень плохое. В итоге купил даже меньшего диаметра - SCK 152 8мм. То же Китай, но уже фирменные. По нашей таблице допустимая емкость 100мкФ*6*0.65=390мкФ, что даже немного меньше, чем нужно. Тем не менее, все работает отлично.
Рис. 9 Замена термисторов
Вывод – термисторы неизвестных производителей брать не рекомендую
Список радиоэлементов
Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
---|---|---|---|---|---|---|
VD1, VD5 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
VD2, VD4 | Светодиод | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
VD5 | Стабилитрон | 1N4742 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C1 | Электролитический конденсатор | 10 мкФ 16 В | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R1 | Резистор | 50 кОм | 1 | 2 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R2-R9 | Термистор | 15D11 | 6 | 15 Ом | Поиск в магазине Отрон | |
R3 | Резистор | 20 кОм | 1 | 2 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
SA1-SA2 | Выключатель | 2 | Поиск в магазине Отрон | |||
Разъём | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||||
Евровилка с заземлением | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||||
Комментарии (47) | Я собрал (0) | Подписаться
Для добавления Вашей сборки необходима регистрация
Стаб 1н4742, на 12в следовательно на светодиоде будет 12в-падение на переходе диода=11,3В! Почему не применить на 3,3В? (хотя бы было понятно назначение).
Кроме того резистор рассеивает на себе около 1 Вт! Это шутка? У тебя выключатель расплавится! Вернуть неонку! или нафиг, индикацию.
Термисторы нужно одевать в термоусадку! Дабы во время их смерти не убить ещё кого-то осколками.
У термисторов есть значительный недостаток это подогрев! Что будет если сделать вкл/выкл 3-4 раза подряд? правильно он перегреется и не включит нагрузку как минимум.. или может придется идти за новыми..
Не стоит так делать нужно собирать классичекий софт старт, шунтирующие реле. Только в качестве ограничительного резистора использовать термистор.. Что бы во время нормальной работы тот был холодный.
[Автор]
Явно что это заряд электролита после диодного моста происходит, отсюда и искрение.
Причем это никак не ихняя неисправность, потому что уже не на одной зарядке такое наблюдал. На многих. И причем и как разных фирм, и как разных моделей, их их разных выходных мощностей и т.д.
В основном все они 5-10 ваттные. Но больше 10 ваттные. Самые что ни на есть обычные.
Причем как фирменные, так и не фирменные. Параметры у них у всех самые что ни на есть стандартные - это 5 вольт 2 Ампера.
Хоть и не все они наверное должны искрить (имеется ввиду телефонные зарядки), но искрят по факту уж точно очень многие при включении их в сеть.
Можно ли хоть как-то, хоть какой либо даже чисто теоретически рассчитать термистор для них? Как думаете?
Просто начал пытаться вычислить сам, но напрочь запутался.
Понятно, что правильно подобранный маломощный термистор мог бы устранить искрение "плавным пуском" так называемым, но какого номинала по оммическому сопротивлению можно было бы попробовать применить этот самый термистор, и какой рассеиваемой мощности должен быть этот же термистор, вот это для меня темный лес, именно сам рассчет данного термистора...
Ну и что бы не быть голословным - вот у меня есть такие зарядные устройства:
1) "Hoco C81A (100-240В / 5V 2,1А.)
Работает тоже прекрасно, но искрит при включении
Еще одна зарядка:
2) Fast Charger YSY-314KC QC3.0, и она тоже искрит при включении её в сеть. Хотя она исправно работает.
Так же ещё есть зарядки:
3) SAMSUNG EP-TA10EWE (5,3V/2,0A)
4( SAMSUNG ETA0U81EBE (5,0V/1,0A)
и им подобные различные и т.д...
тоже они тоже искрят при включении, т.е все они искрят при включении, только в разной степени. Какие то больше, какие то меньше...
Некоторые из них разбирал и естественно в них диодный мост и электролиты после него и никаких термисторов по входу и близко нет.
Как Вы думаете, можно ли для таких маломощных устройств применить по входу защитный термистор если да, то тогда какой, каких параметров, номиналов?
Заранее спасибо!
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
Недавно ремонтировал мощный ИБП, в нем ограничитель зарядного тока выполнен на мощном низкоомном резисторе и параллельно соединенном симисторе с соответствующей цепью задержки включения симистора на 1-2 секунды. По моему более оптимальное решение. А для ИБП малой мощности - да, термистор проще и дешевле.
[Автор]
Я вот тоже задался этим вопросом, но выбирал термистор иначе.
Я знал сопротивление при 25, макс мощность, минимальное сопротивление.
По этому минимальному сопроситвлению и макс. мощности я расчитывал макс рабочий ток. Ну а стартовый - при 25.
Расчитал, применил... А вот сейчас только проверил. И результаты меня не порадовали.
Я запускал светодиодную ленту при помощи импульсного источника питания на 30Ватт. Подключив токовый преобразователь к осциллографу я увидел вот такую картину:
за 10 мксек прошли два фронта (вверх и вниз) суммарной амплитудой 280 мВ (в моем случае это 280 Ампер).
Я этот тычек и считаю нашим паразитным явлением, с которым мы боремся.
Затем, проврив, что по длительному току мои термисторы подойдут, на пробу подключил сначала один на 47Ом, потом еще один добавил последовательно на 47 Ом. Проводил я ряд замеров. по 10 штук, пробовал варианты, но пока что пришел к выводу, что особо результата нет. ео нет вообще. В случае с термиторами например, среднее сзначение около 200А, но и погрешность при этом 36%!
В общем вопрос в том, Вы проводили исследования своего прибора? есть осциллограммы?
В файле прилагаю пример осциллограммы без термистора, но, в моем случае - не важно.
[Автор]
[Автор]
[Автор]
А вообще вы интересный вопрос подняли. Наверное измерю паразитную емкость тех экземпляров термисторов, которые у меня есть. Есть идея, как это сделать с нужной точностью
Еще раз. Это клещи с аналоговым выходом для внешних измерений. Измерения производились как с внешним термистором в цепи, так и без него, но схемотехнику ИИП я не знаю, он залит компаундом(
на компьютерных БП не стоят термисторы? если его взять и на нем мерить, то точно влияния, как вы предполагаете, паразитной емкости не будет? Я думаю, если лампочку через термистор подключить, то как раз и можно будет увидеть, есть эта емкость или нет, я правильно рассуждаю?
[Автор]
Стоп. Между БП и лентой - 12 Вольт. Я же измеряю между сетью и БП, туда и резистор ставил.
А зачем на низковольтную сторону резистор, он повлияет на ток заряда с высокой стороны?
[Автор]
[Автор]
[Автор]
https://www.chipdip.ru/product/jnr20s050m
Но не дешево выйдет. Возможно есть в другом магазине дешевле
При недостаточном напряжении (из-за падения на терморезисторах) двигатель не развернётся, и будет потреблять пусковой ток (примерно 7 крат рабочего). В итоге ваши терморезисторы выгорят, или двигатель сгорит.
https://www.ametherm.com/datasheetspdf/MS351R040.pdf
[Автор]
[Автор]
В профессиональных мощных ИБП стартовый ток выбирается в разы больше рабочего (судя по используемым термисторам). Задача - уберечь контакты выключателей и питающую сеть от сотен ампер, которые потекут без каких-либо ограничителей тока.
Полопавшиеся 7 лет назад :-) черные термисторы расчитаны на 2А рабочего тока. (достаточно "погуглить" 15D11). Возможно, они были некачественными (как многое у анонимных китайцев), но и качественные с такими параметрами не обязаны были выстоять.
ВЫХОД: У меня для теста новых самоделок есть удлинитель с ограничением тока ЧЕРЕЗ ЛАМПУ НАКАЛИВАНИЯ. Если что коротит лампа ограничивает ток. Подключил через него установив лампу 20Вт 240V. И всё, искрения больше нет !
ПЛЮСЫ: Простота изготовления. Лампы накаливания можно БЫСТРО поменять под большинство нагрузок.