Ολες σχεδόν οι ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές "τραβάνε" πολύ και απότομα ρεύμα κατά την αρχική τροφοδότησή τους, δηλαδή όταν βάλουμε το φις στην πρίζα ή μόλις "ανάψουμε" τη συσκευή. Αυτό το ρεύμα ονομάζεται ρεύμα εκκίνησης (Inrush Current) και είναι μια σημαντική παράμετρος στη σχεδίαση κυκλωμάτων που καθορίζει σημαντικά την διάρκεια ζωής του τελικού προϊόντος.
Μείωση του ρεύματος εκκίνησης γίνεται εύκολα με χρήση NTC thermistor σε σειρά με το κύκλωμα.
Τα θερμίστορ είναι αντιστάσεις μεταβαλλόμενες με τη θερμοκρασία.
Στα θερμίστορ NTC η αντίσταση μεταβάλλεται αντιστρόφως ανάλογα της θερμοκρασίας (Negative Temperature Coefficient) λ.χ. έχει αντίσταση 10Ω σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και όταν περάσει ρεύμα μέσα του ζεσταίνεται με την αντίστασή του να πέφτει στο 0.5Ω. Η συνηθέστερη μορφή είναι δίσκος με ακροδέκτες:
Τα θερμίστορ NTC έχουν και άλλες χρήσεις όπως μέτρηση θερμοκρασίας, αντιστάθμιση κυκλώματος για σταθερότητα σε θερμοκρασιακές μεταβολές, ανίχνευση ροής αέρα ή υγρών, χρονική καθυστέρηση.
Εδώ αναφερόμαστε στα θερμίστορ NTC ισχύος για μείωση του ρεύματος εκκίνησης. Αυτά τα θερμίστορ χαρακτηρίζονται από:
- Μέγιστη τάση λειτουργίας
- Μέγιστο ρεύμα εκκίνησης
- Ενέργεια προς απορρόφηση κατά την εκκίνηση
- Ρεύμα κανονικής λειτουργίας
- Αντίσταση χωρίς ρεύμα ("κρύο")
- Αντίσταση με ρεύμα ("ζεστό")
Η μεταβολή της αντίστασης σε σχέση με τη θερμοκρασία δεν είναι γραμμική και περιγράφεται με καμπύλη που θα βρείτε στα datasheets.
Παραδείγματα εφαρμογών
Το πιο απλό κύκλωμα που μπορούμε να φανταστούμε είναι μια λάμπα πυρακτώσεως που τροφοδοτείται από μια πηγή και ένας διακόπτης κλείνει το κύκλωμα.
Η λάμπα πυρακτώσεως είναι μια αντίσταση (νήμα) προσδιορίζεται από την τάση λειτουργίας της και την ισχύ που καταναλώνει. Διαιρώντας την ισχύ διά την τάση βρίσκουμε το ρεύμα λειτουργίας. Μετά είναι απλό να υπολογίσουμε την αντίσταση του νήματος:
Λ.χ. λάμπα 230V 60W έχει ρεύμα λειτουργίας I=P/V=60W/230V=0.26A
άρα αντίσταση R=V/I=230V/0.26A=884Ω
Ομως ποιά είναι η αντίσταση του νήματος όταν είναι κρύο, δηλαδή τη στιγμή που θα κλείσουμε το κύκλωμα μέσω του διακόπτη; Σε μια λάμπα Philips 60W (μικρός γλόμπος E14) μέτρησα 59Ω δηλαδή 15 φορές χαμηλότερη! Το στιγμιαίο ρεύμα έναυσης θα είναι Ip=230V/59Ω=3.89A που θα ισοδυναμούσε με φορτίο 896W ...
Τι θα γίνει αν χρησιμοποιήσουμε σε σειρά ένα θερμίστορ NTC;
Αν το παγωμένο θερμίστορ έχει αντίσταση 220Ω, με το κλείσιμο του διακόπτη το ρεύμα θα έχει μέγιστη τιμή: Is=230V/(220Ω+59Ω)=0.82A
Η πράξη έχει αποδείξει ότι τα πράγματα δεν είναι τόσο χάλια. Οι λάμπες πυρακτώσεως δεν "σκάνε" στο άναμμα ούτε "καίγονται" οι διακόπτες. Η αλήθεια όμως είναι πως όταν η λάμπα παλιώσει καίγεται σχεδόν πάντα στο άναμμά της γιατί έχουν δημιουργηθεί στο νήμα λεπτότερα σημεία που κόβονται με το απότομο και μεγάλο ρεύμα έναυσης. Οι παλιοί διακόπτες σπινθηρίζουν στο άναμμα.
Σε ένα πραγματικό κύκλωμα που θα τοποθετήσουμε NTC thermistor για προστασία από το ρεύμα εκκίνησης πρέπει να υπολογίσουμε και τι γίνεται αφού ζεσταθεί το θερμίστορ. Τότε θα παραμένει μια μικρότερη αντίσταση σε σειρά στο κύκλωμά μας καταναλώνοντας ενέργεια την οποία πρέπει να την αντέχει και να μη μας δημιουργεί άλλα προβλήματα όπως πτώση τάσεως άρα η επιλογή του θερμίστορ θα γίνει λαμβάνοντας υπόψη και την "κανονική" λειτουργία της συσκευής. Ενα άλλο σημείο που θέλει προσοχή είναι ότι τα ζεστά θερμίστορ δεν προστατεύουν αρκετά το κύκλωμα. Αν η τάση κάνει απότομα σκαμπανεβάσματα και παλμικές διακοπές έχουμε "νέες παραμέτρους". Μια λύση είναι να χρησιμοποιήσουμε ρελέ για να βραχυκυκλώσουμε το θερμίστορ μετά από την εκκίνηση αυξάνοντας έτσι το βαθμό απόδοσης του κυκλώματος (χωρίς να παρεμβάλλεται πια η αντίσταση του NTC) ενώ παγώνει το θερμίστορ για την επόμενη χρήση του.
Οι σύγχρονες συσκευές χρησιμοποιούν τροφοδοτικά μεταγωγής (Switching Mode Power Supply). Η αρχή λειτουργίας των SMPS είναι η μετατροπή της εναλλασσόμενης τάσης δικτύου σε συνεχή (τα 230VAC γίνονται 325VDC) η οποία διαμορφώνεται σε παλμούς μεταβλητού πλάτους (Pulse Width Modulation). Στην είσοδο του τροφοδοτικού υπάρχει γέφυρα ανόρθωσης και ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές εξομάλυνσης. Το κύκλωμα συμπληρώνει ένα NTC thermistor που σκοπό έχει να μειώσει το αρχικό μεγάλο και απότομο ρεύμα φόρτισης των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών.
Οι κλασσικές συσκευές που χρησιμοποιούν μεγάλους μετασχηματιστές (λ.χ. ενισχυτές ισχύος για ήχο) έχουν παρόμοιο πρόβλημα το οποίο μπορεί να μειωθεί με τη χρήση κατάλληλου NTC thermistor.
Αρκετά φωτιστικά "οικονομίας" χρησιμοποιούν θερμίστορ NTC στο κύκλωμά τους.
Περισσότερα για τα θερμίστορ NTC θα βρείτε στα datasheet των εταιρειών που τα κατασκευάζουν:
AVX - EPCOS - AMETHERM
Φιλικά,
Γιώργος
Πρόσφατα Άρθρα
Διαφήμιση