Чем можно заменить термистор в блоке питания. Использование термисторов для ограничения бросков тока в источниках питания. Структурная схема БП компьютера АТХ
Читайте также
Ремонт источников питания ПК. Общая методика и рекомендации по ремонту источников питания персональных компьютеров.
Многие считают, что ремонт блоков питания персональных компьютеров (ПК) можно поручить начинающему специалисту по ремонту электронной техники не имеющему опыта в этой области. Но источник питания современного (ПК) представляет собой достаточно сложное радиоэлектронное устройство, ремонт которого можно осуществлять, только зная принципы его построения и работы (и естественно, владея навыками нахождения и устранения дефек-тов в радиоэлектронных устройствах).
Источник питания представляет собой достаточно сложное радиоэлектронное устройство, ремонт которого можно осуществлять, только зная принципы его построения и работы (и естественно, владея навыками нахождения и устранения дефек-тов в радиоэлектронных устройствах). При ремонте рекомендуется комплексное использование всех доступ-ных способов поиска неисправностей. Необходимо помнить, что источник импульсного питания не работает без нагрузки, подсоединение к сети долж-но происходить только через развязывающий трансформатор и помните, что лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) развязывающим трансформатором не является.
Практика показывает, из всех элементов системного блока персонального компьютера (ПК) наиболь-шее число отказов приходится на блоки питания. Наибольшее число отка-зов блоков питания обычно связано с «человеческим фактором» т. е. с неисправностями, к ко-торым относится ошибочное подключение напряжения питания, включение блока в сеть с неправильно установленным переключателем напряжения питания (переключатель установ-лен на 115В, а включается блок питания в сеть 220В, а в результате взрыв конденсаторов низкочастотного фильтра, сгоранием термистора, предохранителя). Поэтому перед первым включением источника питания обратите внимание на положение пере-ключателя типа питающей сети (рекомендуется сразу адаптировать аппарат под нашу сеть, исключив (методом выпаивания) все элементы, влекущие возможность ошибочного включения источника).
Всегда любой ремонт начинается с очень внимательного предварительного внешнего осмотра ремонтируемого объекта. В большинстве случаев это позволяет отремонтировать блок питания даже при отсутствии достаточной информации. При осмотре необходимо обращать внимание на исправность предохранителей и на любое изменение внешнего вида элементов электрической схемы (цвета корпуса элемента, вздутость корпуса, обрывы соединений и др.). При определении неисправного элемента следует об-ратить внимание на исправность всех элементов, подключенных именно к этой цепи. Ремонт следует проводить технически исправными приборами, с исполь-зованием низковольтных паяльников, питающихся через разделительный трансформатор. Нежелательно производить ремонт без развязывающего трансформатора и нагрузки. Для блока питания мощностью 200 Вт рекомендуется использовать для источника питания +5 В нагрузку сопротивлением 4,8 Ом (50 Вт), а для источника +12В нагрузку 14 Ом (12 Вт), в качестве достаточной нагруз-ки источника питания по каналу +12В могут быть использованы автомобильные лампочки на 12 В.
Во время пробных включений источника питания (во время ремонта и после проведения его ремонта) рекомендуется вместо предохранителя включить лампу накаливания на 250В/100Вт. Этот прием дает реальный шанс не пожечь силовые транзисторы высокочастотного преобразователя. Если при включении питания лампа будет гореть тускло, то можно установить предохрани-тель на место, а в случае яркого свечения лампы, питание необходимо выключить и продолжить поиски неисправности.
Проявления неисправности блока питания, которые могут иметь место при неисправности блока питания, могут быть очевидными и неочевидные. Например, компьютер вообще не работает, появление дыма и запаха при включении питания, сгорает предохранитель на распределительном щите и др.. Неочевидные причины неисправности - для определения неисправного эле-мента требуют дополнительной диагностики системы, т. к. явно не проявляют себя, но тем не менее они влияют на работоспособность источника питания. Например, мы видим ошибки системы, которые не указывают на неисправность блока питания:
Различного рода ошибки и зависания при включении электропитания;
Хаотически возникающие ошибки четности данных и другие ошибки оперативной памяти;
Одновременная остановка жесткого диска и вентилятора, перегрев компьютера из-за выхода из строя вентилятора (из-за того, что нет +12 В);
- «удары» электрического тока во время прикосновения рукой к корпусу ком-пьютера или к разъемам;
Небольшие статические разряды, нарушающие работу сети.
Ранняя подача сигнала «Пита-ние в норме» (из-за неисправности в цепи формирования этого сигнала) может приводить к искажениям CMOS-памяти (наиболее часто встречающиеся типовые неисправности, непосредственно связанные с нарушением рабо-тоспособности источника питания системного блока ПК см. в табл. 1). Выходные напряжения желательно проверять цифровым мультиметром, обеспечивающим необходимую точность измерений.
Таблица 1.
Стандартная последовательность действий по ремонту блока питания (БП):
1) В выключен-ном состоянии источник внимательно осмотреть (особое внимание обра-тить на состояние всех электролитических конденсаторов - они не должны быть вздуты).
2) Проверить исправность предохранителя и элементов входного фильтра БП.
3) Прозвонить на короткое замыкание или обрыв диоды выпрями-тельного моста (эту операцию, как и многие другие, можно выполнить, не вы-паивая диоды из платы). При этом в остальных случаях надо быть уверен-ным, что проверяемая цепь не шунтируется обмотками трансформатора или резистором (в подозрительных случаях, элемент схемы необходимо выпаивать и проверять отдельно).
4) Проверить исправность выходных цепей: электролитических конденсаторов низкочастотных филь-тров, выпрямительных диодов и диодных сборок.
5) Проверить силовые транзисторы высокочастотного преобразователя и тран-зисторов каскада управления. Обязательно проверить возвратные диоды, включенные параллельно электродам коллектор-эмиттер силовых транзисторов.
Эти действия, дают положительный результат в обнаружении только следствия неработоспособности всего блока, но причина неисправности в большинстве случаев находится гораздо глубже. Например, неисправность силовых транзисторов может быть следствием: неисправности цепей схемы за-щиты и контроля, нарушения цепи обратной связи, неисправности ШИМ-преобразователя, выхода из строя демпфирующих RC-цепочек или, межвитковый пробой в силовом трансформаторе. Поэтому если удается найти неисправный элемент, то желательно пройти все этапы проверок, перечисленные выше (т. к. предохранитель сам по себе ни-когда не сгорает, а пробитый диод в выходном выпрямителе станет причиной «смерти» ещё и силовых транзисторов высокочастотного преобразователя.
Проверка работоспособности шим-контроллера.
Шим-контроллер считают «сердцем» источников питания. Долгое время использовали микросхему TL494, а затем и ее аналоги (MB3759, KA7500B … KA3511, SG6105 и др.). Проверку работоспособности такой микросхемы, например, TL494 (рис. 1) можно произвести, не включая блок питания. При этом микросхему необходимо запитать от вне-шнего источника напряжением +9В..+20В. Напряжение подается на вывод 12 относительно выв. 7 желательно через маломощный выпрямительный диод. Все измерения тоже должны проводиться относительно выв. 7. При подаче питания на микросхему контролируем напряжение на выв. 5. Оно должно быть +5В (±5%) и быть стабильным при изменении напряжения питания на выв. 12 в пределах +9В..+20В. В противном случае не исправен внутренний стабилизатор напряжения микросхемы. Далее осциллогра-фом смотрим напряжение на выв. 5. Оно должно быть пилообразной формы амплитудой 3,2В (рис. 2). Если сигнал отсутствует или иной формы, то проверить целостность конденсатора и резистора, подключенных к выв. 5 и выв. 6 соответственно. В случае исправности этих элементов микросхему необходимо заменить. После этого проверяем наличие управляющих сигна-лов на выходе микросхемы (выв. 8 и выв. 11). Они должны соответствовать осциллограммам, приведенным на рис. 6.2. Отсутствие этих сигналов так же говорит о неисправности микросхемы. В случае успешного прохождения ис-пытаний микросхема считается исправной.
Рис. 2
Проверка работоспособности высокочастотного преобразователя
После того как все элементы будут проверены и заменены на исправные, можно включить блок питания и проверить наличие напряжения +310В на электролитических конденсаторах CI, C2 (рис. 3). Это напряжение долж-но быть результатом суммы двух напряжений последовательно включенных конденсаторов.
В работоспособности высокочастотного преобразователя можно убедиться, посмотрев форму напряжения на коллекторе транзистора Q2 (рис. 3). При этом нужно соблюдать большую осторожность (блок питания обязательно должен быть включен через развязывающий трансформатор). Общий провод осциллографа не должен быть подключен к шине общего провода блока пи-тания. Щупы осциллографа подключаются только к транзистору Q2, общий — к эмиттеру, сигнальный - к коллектору. Форма напряжения должна соот-ветствовать осциллограмме, приведенной на рис. 4.
Рис. 4. Осциллограмма на транзисторе Q2
Корректор коэффициента мощности можно рассматривать как автономное устройство в источнике питания. Проверку работоспособности достаточно просто оценить по выходному напряжению корректора. Наличие на-пряжения порядка 400В на выходе корректора позволяет судить о его ис-правности. Отклонение выходного напряжения от указанной величины предполагает дальнейшую проверку работоспособности устройства. В табл. 2 приводятся ориентировочные данные напряжений на отдельных выво-дах микросхемы TDA16888 при нормальной работе корректора.
Таблица 2.
* Сигнал PFC OUT имеет импульсную форму, в таблице указаны значения минимальной и максимальной амплитуды импульсного сигнала.
Дополнительно удостовериться в правильности функционирования кор-ректора можно также по наличию осциллограмм выходного напряжения на выводе PFC OUT микросхемы, на затворе и истоке ключевого транзистора в виде последовательности импульсов. Выпрямленную синусоиду напряже-ния сети можно наблюдать на выводе PFC IAC.
Проверка регулируемого стабилизатора (микросхема TL431).
Микросхема TL431 представляет собой прецизионный стабилитрон с регу-лируемым напряжением стабилизации. Условное обозначение стабилитрона приведено на рис. 5, а его функциональная схема — на рис. 6.
Ниже приведены основные электрические параметры стабилитрона:
- максимальное напряжение «катод-анод» (V^,) 37B;
- минимальное напряжение стабилизации (V ref = V ka) 2.5B;
- максимальный ток катода (i ka) 150мА.
Проверка оптопар.
Для проверки оптопар на входную часть (светоизлучающую) подается на-пряжение от внешнего источника питания. При этом контролируется сопро-тивление перехода, как правило, коллектор-эмиттер в приемной части. У ис-правной оптопары сопротивление перехода коллектор-эмиттер значительно меньше при включенном питании (несколько сотен ом), чем при выключен-ном. Неизменное сопротивление перехода коллектор-эмиттер свидетельс-твует о неисправности оптопары.
Проверка конденсаторов.
Неисправные конденсаторы могут выявляться в процессе внешнего осмот-ра неисправного блока питания. Следует обращать внимание на трещины в корпусе, подтеки электролита, коррозию у выводов, нагревание корпуса конденсатора при работе. Неплохой проверкой может быть параллельное подключение к проверяемому заведомо исправного конденсатора. Отсутс-твие такой информации говорит о необходимости выпаивания подозритель-ного конденсатора. Прибор, включенный в режим измерения сопротивления, устанавливают в верхний предел. При тестировании проверяют способность конденсатора к процессам заряда и перезаряда. Проверку удобно проводить стрелочным прибором. В процессе заряда стрелка прибора отклоняется к нулевой отмет-ке, а затем возвращается в исходное состояние (бесконечно большого сопро-тивления). Чем больше емкость конденсатора, тем более длительный процесс заряда. В «утечном» конденсаторе процесс заряда продолжается процессом разряда, т.е. последующим процессом уменьшения сопротивления. Цифровой мультиметр при проверке конденсаторов издает звуковой сигнал. Если сигнала нет, конденсатор неисправен.
Проверка термисторов.
Сопротивление термисторов (терморезисторов) значительно изменяется с изменением температуры. В источни-ках питания, как правило, используются термисторы, сопротивление кото-рых при нормальной температуре составляет единицы Ом, с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, поэтому при нагревании сопротивление исправного термистора должно уменьшаться. Проверку термисторов осуществляют при нормальной тем-пературе и при повышенной. Повышенной температуры можно добиться, нагревая корпус термистора, например, с помощью паяльника или лампы.
В современном мире развитие и устаревание комплектующих персональных компьютеров происходит очень быстро. Вместе с тем один из основных компонентов ПК – форм-фактора ATX – практически не изменял свою конструкцию последние 15 лет .
Следовательно, блок питания и суперсовременного игрового компьютера, и старого офисного ПК работают по одному и тому же принципу, имеют общие методики диагностики неисправностей.
Материал, изложенный в этой статье, может применяться к любому блоку питания персональных компьютеров с минимумом нюансов.
Типовая схема блока питания ATX приведена на рисунке. Конструктивно он представляет собой классический импульсный блок на ШИМ-контроллере TL494, запускающемся по сигналу PS-ON (Power Switch On) с материнской платы. Все остальное время, пока вывод PS-ON не подтянут к массе, активен только источник дежурного питания (Standby Supply) с напряжением +5 В на выходе.
Рассмотрим структуру блока питания ATX подробнее. Первым ее элементом является
:
Его задача – это преобразование переменного тока из электросети в постоянный для питания ШИМ-контроллера и дежурного источника питания. Структурно он состоит из следующих элементов:
- Предохранитель F1 защищает проводку и сам блок питания от перегрузки при отказе БП, приводящем к резкому увеличению потребляемого тока и как следствие – к критическому возрастанию температуры, способному привести к пожару.
- В цепи «нейтрали» установлен защитный терморезистор, уменьшающий скачок тока при включении БП в сеть.
- Далее установлен фильтр помех, состоящий из нескольких дросселей (L1, L2 ), конденсаторов (С1, С2, С3, С4 ) и дросселя со встречной намоткой Tr1 . Необходимость в наличии такого фильтра обусловлена значительным уровнем помех, которые передает в сеть питания импульсный блок – эти помехи не только улавливаются теле- и радиоприемниками, но и в ряде случаев способны приводить к неправильной работе чувствительной аппаратуры.
- За фильтром установлен диодный мост, осуществляющий преобразование переменного тока в пульсирующий постоянный. Пульсации сглаживаются емкостно-индуктивным фильтром.
Источник дежурного питания – это маломощный самостоятельный импульсный преобразователь на основе транзистора T11, который генерирует импульсы, через разделительный трансформатор и однополупериодный выпрямитель на диоде D24 запитывающие маломощный интегральный стабилизатор напряжения на микросхеме 7805. Эта схема хотя и является, что называется, проверенной временем, но ее существенным недостатком является высокое падение напряжения на стабилизаторе 7805, при большой нагрузке приводящее к ее перегреву. По этой причине повреждение в цепях, запитанных от дежурного источника, способно привести к выходу его из строя и последующей невозможности включения компьютера.
Основой импульсного преобразователя является ШИМ-контроллер . Эта аббревиатура уже несколько раз упоминалась, но не расшифровывалась. ШИМ – это широтно-импульсная модуляция, то есть изменение длительности импульсов напряжения при их постоянной амплитуде и частоте. Задача блока ШИМ, основанного на специализированной микросхеме TL494 или ее функциональных аналогах – преобразование постоянного напряжения в импульсы соответствующей частоты, которые после разделительного трансформатора сглаживаются выходными фильтрами. Стабилизация напряжений на выходе импульсного преобразователя осуществляется подстройкой длительности импульсов, генерируемых ШИМ-контроллером.
Важным достоинством такой схемы преобразования напряжения также является возможность работы с частотами, значительно большими, чем 50 Гц электросети. Чем выше частота тока, тем меньшие габариты сердечника трансформатора и число витков обмоток требуются. Именно поэтому импульсные блоки питания значительно компактнее и легче классических схем с входным понижающим трансформатором.
За включение блока питания ATX отвечает цепь на основе транзистора T9 и следующих за ним каскадов. В момент включения блока питания в сеть на базу транзистора через токоограничительный резистор R58 подается напряжение 5В с выхода источника дежурного питания, в момент замыкания провода PS-ON на массу схема запускает ШИМ-контроллер TL494. При этом отказ источника дежурного питания приведет к неопределенности работы схемы запуска БП и вероятному отказу включения, о чем уже упоминалось.
Перегорел входной предохранитель в блоке питания. Диагностика .
Статья написана для постигающих азы в ремонте.
Сгорел входной предохранитель в блоке питания? Разберемся в причинах и как правильно проводить диагностику. Также затронем пару сопутствующих тем при анализе этой неисправности.
Думаю многие сталкивались с такой ситуацией когда включаем устройство но нет никакой реакции, и после непродолжительной диагностики выявляем сгоревший сетевой предохранитель. Причем неважно БП компьютера это или плата питания копира или факса. Естественно многие его сразу меняют или что еще хуже ставят перемычку и тут же включают устройство. И вот тут то с большей долей вероятности он сгорит снова или выбьет автоматы в щитке. Давайте разберемся подробнее в чем же дело и почему нельзя менять предохранитель без диагностики.
Сначала взглянем на типовую схему входа в импульсных блоках питания.
Как видим предохранитель FU1 стоит первым в цепи, и основная его функция защитная. Но, это защита не внутренних компонентов схемы от превышения напряжения, а защита всей платы от короткого замыкания этих самых компонентов, и в конечном итоге предотвращение воспламенения внутри устройства.
Поэтому когда сгорает сетевой предохранитель во входной цепи, то это означает не то что было превышение питающего напряжение, а короткое замыкание в цепи после предохранителя. И как правило в 80% случаев если восстановить цепь вставив новый пред, и замерив сопротивление на входе блока между контактами L и N то обнаружим сопротивление равное нулю или чуть более.
Сгоревший предохранитель это следствие, поэтому как только обнаружили что он неисправен приступаем к диагностике.
Диагностику начинаем от входа, первым в списке стоит варистор VR1, выглядят они в целом виде так:
Вот они как раз и выполняют функцию защиты блока питания об бросков напряжения. Суть их в том что при превышение определенного порога напряжения они начинают пропускать через себя ток, защищая остальной участок цепи. При возможны несколько вариантов событий:
1.Импульс входного напряжения был незначительный и варистор сработав поглотил его рассеяв в тепло, потому в даташитах на них и указывается какую мощность они могут принят.
2. Импульс входного напряжения был более сильным, и варистор сработав замкнув цепь привел к образованию повышенного тока протекающего через предохранитель, который выгорел. При этом варистор пробит не был, и остался функционирующим. В таком случае замена сетевого предохранителя восстановит работоспособность.
3. Длительное превышение напряжения. При таком раскладе происходит тепловой пробой варистора приводящий к короткому замыканию цепи. Как правило это можно увидеть невооруженным взглядом в виде раскола, почернение и так далее.
Но дефект может быть и скрытым, поэтому если в цепи КЗ, то выпаиваем его в первую очередь и проверяем. Если дефект в нем, то тут у нас выбор, не впаивать его обратно совсем, на работоспособность схемы это не повлияет, но в следующий раз сгорит уже что-то другое, и замена на аналог. Советую всегда ставить новый.
К сожалению варисторы стоят не во всех блоках питания. Стоит также отметить что расположен в схеме он может как до дросселей, так и после, а обозначаться может как угодно.
Смотрим дальше:
Конденсаторы С1 и С4 служат для подавления низкочастотных дифференциальных помех, с емкостью порядка сотен нанофарад и напряжением от 250 вольт. На схеме может обозначаться как Сх, и иметь прямоугольный вид. По своему типу пленочный, и практически никогда не выходит из строя. Но проверить все же стоит.
Дроссель Т1 - служит для подавления синфазных помех. Несмотря на то что обмотки могут находится на одном магнитопроводе, обмотки фаз разнесены друг от друга на расстоянии, и замыкания быть не должно. Но может произойти обрыв обмоток. В таком случае это однозначно говорит о коротком замыкании в цепи дальше.
Конденсаторы С2 и С3 также выполняют роль фильтра синфазных помех. Пробои случаются, но выглядит это несколько иначе, так как в общей точке они соединены с корпусов устройства, то при отсутствии заземления при прикасании к металлическим частям корпуса будет чувствоваться удар током.
Термистор Т - выполняет функцию ограничения стартового тока при включении устройства в сеть. Суть термистора в том что в обесточенном блоке питания и при нормальной температуре он имеет высокое сопротивление, при подаче напряжения происходит нагрев термистора и уменьшение его сопротивления до нуля. Таким образом происходит плавный запуск блока питания.
И так, мы рассмотрели основные элементы так называемого входного фильтра, но стоит учитывать что это только примерная схема, различные производители могут видоизменять ее, так например отказ от конденсаторов, замена дросселей на перемычки, отсутствие варисторов и термисторов. В некоторых устройствах наоборот может наблюдаться усложнение, в виде добавочных варисторов между землей и фазой. При проверке элементов на пробой обязательно выпаиваем их, проверять в схеме на короткое замыкание бессмысленно.
Теперь перейдем к следующему компоненту:
Диодный мост D1-D4. По статистике причиной кз во входной цепи держит лидирующее место. При этом он может быть выполнен как в виде четырех отдельных диодов, так и в виде сборки.
Проверять в схеме не имеет смысла, поэтому выпаиваем и смотрим наличие пробоя, также проверяем падение напряжения в норме от 400 до 600, но точная информация в даташитах на них. Главное чтобы эти значения не отличались для каждого диода или перехода в сборке более чем на несколько единиц. Причин выхода из строя диодного моста может быть как пробой вследствие превышения напряжения или тока, и деградация np-перехода от времени.
В цепи после диодного выпрямителя расположен сетевой конденсатор С5, с напряжением обычно 400 вольт и емкостью от 40 до 200 мкф. Он так же может служить причиной короткого замыкания по причине пробоя между обкладками. Для проверки его также требуется выпаять из схемы, и следует проявить осторожность, так как исправный конденсатор может долго хранить заряд. Для проверки уже нужен специальный прибор LC-метр. Предварительно разрядив конденсатор проверяем его емкость и ток утечки. Хотя можно и визуально определить неисправность в виде вздутия, или, если потрести его, в виде постукивания внутри, но такой способ не может показать скрытые дефекты.
И последним этапом проверки будет измерение транзистора Q1, на наличие пробоя. В приведенном выше рисунке опущена схема управления транзистором, поэтому в зависимости от компоновки не лишним будет проверить и его обвязку. И кстати, если он пробит то тут прежде чем его менять, следует уже более подробно разбираться со схемой управления транзистором и трансформатором следующим после него на предмет межвиткового замыкания.
И подходим к итогу:
Только проведя все эти проверки в цепи и заменив неисправные компоненты, можем ставить предохранитель такого же номинала и производить включение.
Надеюсь статья была полезна.
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 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, |
Iмакс, |
Смакс, |
|
|
д иаметр 8мм |
||||
|
диаметр 10мм |
||||
|
диаметр 13мм |
||||
|
диаметр 15мм |
||||
|
диаметр 20мм |
||||
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
Рис.6 Блок термисторов
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.