NTC áramlökésgátló hogyan?

Fórumok

Próbáltam utánaolvasni, de nem találtam részletes leírást arról, hogy az NTC, mint áramlökésgátló pontosan hogyan is működik. Egy simító kondenzátor feltöltődésekor keletkező áramlökést szeretnék vele korlátozni, úgy, hogy utána már a lehető legkisebb ellenállást tanúsítsa.

Szerény műszerezettségem miatt csak annyit látok, hogy a névleges ellenállását hidegen (25 fokban) veszi fel, valamint, hogy működés közben 30 fokig melegszik. De, hogy ilyenkor mennyi az ellenállása, hogy ez-e az üzemi hőfoka, és hogy milyen üzemi áramerősségnek kellene folynia rajta, hogy olyankor mennyire essen vissza az ellenállása, nem tudom.

Ha valaki erről tudna részleteket mondani, azt megköszönném.

Hozzászólások

Próbáltam az adatait nézni, de nekem nem mond túl sokat.

Például az MF72-120D15 adatainál azt látom, hogy maximális áram 1.8A. De ez azt jelenti, hogy tartósan nem mehet több át rajta, vagy a bekapcsoláskor sem ugorhat pár pillanatra fölé?

Azt azonban mindenhol megadják, hogy mekkora az átmérője, ami meg nem is tudom, miért számít.

Arról pedig, hogy hány amperen mennyi az üzemi hőmérséklete, és ezt milyen gyorsan képes váltogatni, nem találtam adatot.

Az üzemi hőmérséklet nem tervezési adat :-)

Megadták, hogy hidegen 120 ohm, és az üzemi 2.5A áramnál 1.652 ohm. A méret annyiban számít, hogy a kisebb átmérőjű varisztor gyorsabban felmelegszik, ezért rövidebb idő alatt áll be az üzemi áram. Ez az idő sincs megadva, nyilván nem annyira kritikus. Az egész egy kísérleti mágia :-)

A régi képcsöves tévékben pont a fordítottja volt: PTC, bekapcsoláskor nagy áram folyt a lemágnesező tekercsen, ami pár másodperc alatt töredékére csökkent.

Két határértéket kell méretezni:

- Ueff/NTC (25 fok) <= Imax és

- NTC (Tüzemi) * Iüzemi^2 = P -> ahol a Tüzemi hőmérsékleten az NTC ellenállása a kívánt alacsony érték.

A Tüzemi << NTC Tmegengedett, illetve  P<P NTCmax, de ehhez kell adatlap is.

NTC helyet pl. egy 10W dugasztápnál egy 10-12 ohmos ellenállást használnak.

Érdemes megnézni a puffer megengedett áramát is.

 

Ugyanez elbeszélő stílusban. ;) Olyan értékű NTC-t kell választani, ami hidegen legfeljebb a maximális csúcsáramot engedi meg, ugyanakkor üzem közben az üzemi áram hatására annyira melegszik fel, hogy a kívánt értékűre csökken az ellenállása. Ha túl nagy teljesítményű az NTC, akkor üzem közben nem fog eléggé felmelegedni, ha túl kicsi, akkor meg elég.

A bekapcsoláskor NTC nélkül akár 70A áram is folyna, de amint a kondenzátor feltöltődött, már csak párszáz mA, az is pulzálva, tehát sokáig annyi sem. Nekem olyan NTC kellene, ami kis áramerősség esetén is már felmelegszik, és viszonylag sokáig (>20ms) meleg is marad, hogy a pulzáló kis áramerősségeknek se legyen nagy ellenállása. De bekapcsoláskor néhány ms ideig azért maradjon hideg, és tartsa meg az ellenállását.

Gondolom, ebből látszik, mennyire vagyok otthon a témában, de azért remélem, létezik ilyen NTC is.

Nem biztos, hogy atomfizikai számításokat kell végezni. ;)

Persze érdemes tudni a következőket:

  • a hálózati feszültség értéke
  • a puffer értéke
  • maximális leadott teljesítmény
  • a tápegység fajtája
  • a hűtés (természetes, forszírozott)

Az adatok alapján ki lehet választani a megfelelő alkatrészt pl. ebből az adatlapból.

A dolog nem is olyan bonyolult, mert adott teljesítményre tipikus a puffer értéke, a többi meg benne van az alkatréz sorában.

Abból indulnék ki, az áramkörödnek mennyi az üzemi árama. Ha az NTC ellenállása nagy, viszonylag sokat disszipál, így melegszik, csökken az ellenállása, így a disszipációja is. Akkor áll be az egyensúly, amikor az ellenállása akkora, hogy az ezen ellenálláson az üzemi áram hatására disszipált teljesítmény megegyezik az ezen ellenálláshoz tartozó hőmérséklet és a környezeti hőmérséklet közötti hőlépcsőn történő állandósult hőveszteséggel, azaz, ha a disszipáció épp azt a hőmérséklet emelkedést biztosítja, aminek hatására beáll az az ellenállás, amivel számolsz. Tekintve, hogy az NTC nonlineáris, valószínűleg ennek kiszámolására egy modellt kell alkotnod, majd a problémára programot írni, s ez egy iterációs eljárás lesz, tehát szerintem nem egyetlen lépésből lesz meg az eredmény. Várhatóan nem lesz zárt alakban képleted erre.

Amúgy egy mezei ellenállás nem fele meg a célra? Esetleg egy power MOSFET, amelynek a bekapcsolási meredekségét limitálod?

tr '[:lower:]' '[:upper:]' <<<locsemege
LOCSEMEGE

Olvastam ilyet, hogy akár mezei ellenállással is lehetne helyettesíteni, de ha bármennyire is felmelegszik az NTC-m, akkor az (gondolom) azt jelenti, hogy kisebb az ellenállása, mint ha fixet tennék be helyette, így mindenképp jobbnak tűnik az NTC. Csak szeretném, hogy akkor már legyen annyira jó, amennyire lehet.

Egész héten elektronikát terveztem, most kicsit pihennék. :) A lényeg: ha a drain és gate közé kötsz egy kapacitást, akkor ez a Miller-kapacitás egy negatív visszacsatolást hoz létre. Egy ellenálláson tolod be a az áramot a gate felé, de ahogy elkezd csökkenni a drain potenciálja, az nem engedi tovább növekedni a gate feszültségét. Tehát csináltunk egy integrátort. A kimeneti feszültségre értelmezve i = C * du/dt. Az i áramot a gate előtti ellenállás, a threshold voltage és a vezérlésed feszültsége határozza meg. A C kapacitást méretezed a kívánt du/dt-re. Persze vigyázz: túl alacsony du/dt esetén sokat kell disszipálnia a MOSFET-nek, tehát van egy kis termikus számolnivaló is.

A drain letörési feszültség nagyobb kell legyen, mint a lehetséges legnagyobb feszültség, szóval legalább 400 V-ra kell méretezni 230 V-os hálózati feszültségnél. Nyilván gate-source feszültséget limitálni kell.

tr '[:lower:]' '[:upper:]' <<<locsemege
LOCSEMEGE

Az NTC-s áramlöket korlátozást jellemzőn induláskori (plusz)terhelésre alkalmazzák. Nem csak az átfolyó áram szabályozza, hanem a rajta átfolyó áram fennállásának az ideje is. Tehát gyors ki-be kapcsolásoknál nem hatékony. Leginkább nagy kondenzátorok, illetve (a szegényember lágyindítójaként) toroid trafók elé tették, teszik.

A méretezését fentebb már írták. Mondanám, hogy ezzel-meg azzal a képlettel könnyen kiszámítható, de vagy kapacitív, vagy induktív terhelésed lesz (vagy mindkettő), így csak komoly műszerezettséggel tudod szépen kiszámolni.

Legjobb ha veszel egy kb kiszámolt értékhez közeli +- 2-3 darabot, aztán próbálgatsz.

Csak akkor szólok hozzá egy témához, ha értelmét látom.

A "hogyan működik" kérdésre:

NTC = negative temperature coefficient. Sorba van kötve a fogyasztóval. Bekapcsoláskor hidegen nagy az ellenállása, ezért korlátozza az indulási áramlökést. Közben felmelegszik, és leesik az ellenállása, kvázi mintha ott sem lenne. Úgy kell szerelni, hogy üzem közben meglehetősen meleg.

Hogyne, beteszel egy 100 Ohm nagyságrendű NTC-t sorba egy 100k uF nagyságrendű kondenzátor elé, az indulóáramtól felfűt, erre leesik az ellenállása 10 Ohmra, amitől még nagyobb lesz az áram, a következő meg az lesz, hogy recsegve durran kifele. Végülis, az elv jó, mert a kiégés után nem folyik az indulóáram tovább...

"Maradt még 2 kB-om. Teszek bele egy TCP-IP stacket és egy bootlogót. "

Addigra már feltöltődött az a kondenzátor, így nem nő a disszipáció. Lényegében áramgenerátoros lesz az NTC táplálása, így a csökkenő ellenálláshoz csökkenő disszipáció tartozik majd. Nem fog megfutni. A rövidzár az más kérdés, az ellen védekezni kell.

tr '[:lower:]' '[:upper:]' <<<locsemege
LOCSEMEGE

PTC lesz amit te keresel. A kulcs, hogy a rajta keresztülfolyó indulóáram felmelegíti a PTC-t és emiatt megugrik a belső ellenállása. A megfelelő kiválasztásához, ki kell számítani a legnagyobb indulóáramot és az akkor disszipált teljesítményt. A katalógusból meg kell nézni az adott PTC hőleadó képességét, majd a karakterisztikájából megnézni, hogy az adott teljesítménynél mekkora lesz a hőmérséklete és az ellenállás értéke.

Ha kicsi a működési áram, és nagy a kapacitás, akkor PTK sem kell, mehet helyette egy megfelelő izzólámpa. Kicsit retró, de legalább van visszajelzés a durva kisütésekről.

Bővebben: https://product.tdk.com/info/en/products/protection/current/ptc-limiter…

"Maradt még 2 kB-om. Teszek bele egy TCP-IP stacket és egy bootlogót. "

Nem! Gondold csak végig. Kezdetben kell nagy ellenállás, majd idővel, disszipáció hatására kicsi. Ezért kell NTC.

PTC a TV-k lemágnesező tekercsei előtt voltak, mert ott bekapcsoláskor kellett a nagy váltakozó áram, majd azt kellett csökkenteni, így a felmágnesezett alkatrészek a mágnesezési görbén spirális vonalban konvergáltak az origóba, s lett így a remanens indukció nulla.

tr '[:lower:]' '[:upper:]' <<<locsemege
LOCSEMEGE

A bekapcsoláskor NTC nélkül akár 70A áram is folyna, de amint a kondenzátor feltöltődött, már csak párszáz mA, az is pulzálva, tehát sokáig annyi sem.

Erre miért nem jó egy szimpla ellenállás?

De, csak nem tetszik, mert valamiféle meddő teljesítményt is generál.

Ilyen esetben nem igazán lehet túlméretezni a kondenzátort, mert minél több, annál stabilabb lesz a fény. De a nagy kondi sajnos nagy induló áramot eredményez. Ezt pedig szeretném viszonylag egyszerűen korlátozni, leginkább jártasságom okán.

A sok rém komplex áramgenerátor sem tud ilyen hatékonyságot elérni, és nem szeretném ezt elveszteni csupán a bekapcsolási áramlökés miatt.

De, csak nem tetszik, mert valamiféle meddő teljesítményt is generál.

És az téged miért zavar néhány száz mA terhelésnél?

Ilyen esetben nem igazán lehet túlméretezni a kondenzátort, mert minél több, annál stabilabb lesz a fény. De a nagy kondi sajnos nagy induló áramot eredményez. Ezt pedig szeretném viszonylag egyszerűen korlátozni, leginkább jártasságom okán.

De, túl lehet méretezni, illetve lehet más áramkört használni.

A sok rém komplex áramgenerátor sem tud ilyen hatékonyságot elérni, és nem szeretném ezt elveszteni csupán a bekapcsolási áramlökés miatt.

Miért gondolod, hogy ez így hatékonyabb? 

Igen, lehet, hogy nem kéne zavarnia a kapacitív veszteségnek, de ennyi erővel berakhatok egy ellenállást is, az sem fog sokat fogyasztani ilyen kis áramerősség mellet.

Szeretnék ennél jobb megoldást találni ... ha van.

Azt nem értem, hogy lehet túlméretezni a kondenzátort. 400V mellett eddig 500uF-os kondinál nagyobbat nem nagyon találtam, de az már méretben is elég böhöm, és még az sem stabilizál igazán, ha 50mA fölé megyek. Tehát elméletben lehet, hogy lehet, de nem érzem, hogy ez engem veszélyeztetne.

A hatékonyságról, és más áramkörökről pedig annyit, hogy megpróbáltam kész megoldásokat használni. Ledszalag, gyári áramgenerátor. Egyrészt átvertek, másrészt fűt mint állat. És tudom, hogy ha további tízezreket költök elektronikára, akkor már 95% hatásfok köré kerülök, és akkor már csak a ledszalag fog feleslegesen fűteni, mert minden szalagon persze maximális árammal futtatják a ledeket, pedig a led maga filléres lenne...

A direkt meghajtásban nincs felesleges alkatrész, így felesleges veszteség sem. Az egyenirányító fűt el valamit, meg most talán ez az áramlökésgátló. Minden más a ledekre megy,  amik 150ma helyett csak 40 mA körül mennek, így jóval hatékonyabban.

Ha lenne érdemi alternatív megoldás, érdekelne, de eddig nem találtam.

Igen, lehet, hogy nem kéne zavarnia a kapacitív veszteségnek, de ennyi erővel berakhatok egy ellenállást is, az sem fog sokat fogyasztani ilyen kis áramerősség mellet.

Tudod amúgy, hogy mit jelent a meddő teljesítmény?

Szeretnék ennél jobb megoldást találni ... ha van.

Pont ezért nem lesz jó, mert "elég böhöm, és még az sem stabilizál igazán".

Ha lenne érdemi alternatív megoldás, érdekelne, de eddig nem találtam.

A többiek nem azért készítenek ennél komplexebb elektronikákat, mert mind balfaszok és nem gondoltak erre az egyszerű megoldásra, hanem azért, mert ez egy rossz megoldás.

Nem, nem gondoltam, hogy balfaszok az áramköröket tervezők. Azt gondolom, hogy nagy tételben gyártani, csak érintésvédelmileg könnyen kezelhető és biztonságos szalagokat lehet, és hogy a fényerőszabályzás és a nagyon stabil fény is csak komplex áramkörrel oldható meg.

De, hogy a direkt meghajtás rossz megoldás lenne? Értem én, hogy én nem vagyok egy szaktekintély, de talán Skory az, aki szerint ez szintén egy jó megoldás. Sőt. Ő össze is foglalja az előnyeit, hátrányait, és többek közt a hatékonyság is épp az előnyök közé tartozik szerinte. Bár tagadhatatlan, hogy ő is előtét kondenzátort használ a kapcsolásában.

A meddő teljesítmény pedig tényleg érzelmi kérdés részemről. Ha jól tudom, mi nem fizetjük ki a villanyszámlán, de vannak országok, ahol kifizettetik. Semmiképp sem kedves a szívemnek, de nem, nincsen egzakt definícióm rá.

Bár tagadhatatlan, hogy ő is előtét kondenzátort használ a kapcsolásában.

Aham.

A meddő teljesítmény pedig tényleg érzelmi kérdés részemről. Ha jól tudom, mi nem fizetjük ki a villanyszámlán, de vannak országok, ahol kifizettetik. Semmiképp sem kedves a szívemnek, de nem, nincsen egzakt definícióm rá.

Amúgy tudod, hogy mi az a meddő teljesítmény és mit okoz? És azt, hogy amúgy mennyi a meddő teljesítmény a saját hálózatodban?

A direkt meghajtásban nincs felesleges alkatrész, így felesleges veszteség sem. Az egyenirányító fűt el valamit, meg most talán ez az áramlökésgátló. Minden más a ledekre megy,  amik 150ma helyett csak 40 mA körül mennek, így jóval hatékonyabban.

Ezt jól végiggondoltad? A LED-eket nem járathatod feszültséggenerátorosan a meredek i(u) karakterisztikájuk, vagy ha úgy tetszik, a kis dinamikus belső ellenállásuk miatt.

tr '[:lower:]' '[:upper:]' <<<locsemege
LOCSEMEGE

Nem értem, ne haragudj. Írtam egy egyszerű tényt, amire rákérdeztél, hogy jól végiggondoltam-e. Mit? A tényt, hogy szinte minden áram a ledekre jut? ... Azt hiszem, igen, ezt végiggondoltam.

Ha a kérdésed arra vonatkozik, hogy azt végiggondoltam-e, hogy így vibrálni fog valamennyire a fényük, akkor igen, ezt is végiggondoltam. Ezért nem kerül ilyen világítás olyan helyre, ahol fontos, hogy stabil legyen a fény, csak olyanra, ahol háttérvilágításra lesz szükség.

Azt pedig, hogy nem lehet így járatni, az nem igaz, mert lehet. Csak - gondolom - valami miatt nem érdemes, amit nem osztottál meg velem. Így szintén csak arra tudok gondolni, hogy a villogás mértéke miatt nem lehet. Azt tényleg nem tudom, hogy mekkora ingadozás elfogadható a ledeknél, de látni nem látom vibrálónak. És amikor a kikapcsolás után még másodpercekig világít a ledsor - bár halványuló fénnyel -, akkor azért azt gondolom, hogy az egy impulzus idejére azért van elég sok tartalék a kondenzátorban.

De ha ennyire ellenérzést kelt ez a módszer szakemberekben, rá fogok mérni egy majdnem oszcilloszkóppal is, hogy lássam, hogyan ingadozik egy leden üzem közben a feszültség.

Nem a villogásról beszéltem. A LED-ek karakterisztikája miatt áramgenerátorosan kell azt hajtanod. Nagyjából négy lehetőséged van:

  • soros ellenállás
  • soros reaktancia az egyenirányító előtt
  • kapcsolóüzemű áramgenerátor
  • disszipatív, folyamatos szabályozású áramgenerátor

Az elsővel és az utolsóval a nagy disszipáció, vagy, ha úgy tetszik, hőveszteség, azaz a rossz hatásfok a probléma. A soros reaktanciával az lesz a gond, hogy ha induktivitást használsz, nagyjából kell egy régi fénycső fojtó méretű alkatrész, ha kapacitást, akkor pedig 50 Hz-re viszonylag nagy kapacitás adódik, amelynek nagy feszültséget kell tolerálnia, de ez a kisebbik probléma. A nagyobb, hogy lesz egy kapacitív hurkod, a bekapcsoláskor elvileg Dirac-delta árammal - ez nulla ideig végtelen nagy áram -, hacsak nem épp a hálózati feszültség nullátmeneténél kapcsolsz be. Tehát a reaktanciával sorba kell egy ellenállás is, ami lényegesen kevesebbet fog disszipálni egy csak soros ellenállásnál, de azért fog.

Marad a kapcsolóüzemű áramgenerátor, ami egy kulturált, egyetlen műszakilag jónak nevezhető megoldás, amelyben az érintésvédelem is megoldható. Mert a másik három esetben a LED-sorod egyik vége minden második félperiódusban a hálózati fázis potenciálon lesz, ami életveszélyes.

Ha már szóba hoztad a villogást, van még egy érdekes probléma az uborkásüveg méretű elektrolit kondenzátoroddal. Az, hogy a reaktanciát szükségképpen az egyenirányító elé kell tenni. Ha a nagy kapacitású elektrolit kondenzátorodról közvetlenül táplálod a rakás sorba kötött LED-edet, az nem jó. Azért, mert a kis belsőellenállás miatt, vagy, ha úgy tetszik, a meredek i(u) karakterisztika miatt nagyon kicsi lesz az időállandód, alig fog hatni a villogás ellen az a nagy elkó. Ha tennél egy ellenállást a LED-ek elé, az jobb lenne, de akkor megint disszipálsz, rontod a hatásfokot.

Az oszcilloszkópos méréssel óvatosan, a legtöbb szkóp GND-je galvanikus kapcsolatban van a védőfölddel! Abból lehet nagy füst. Jó, tudom, tenyérben hordozható szkóp az más eset.

tr '[:lower:]' '[:upper:]' <<<locsemege
LOCSEMEGE

Arra gondolt, hogy az elején egy ellenállás korlátozza az áramot, majd a bekapcsolási tranzens lezajlását követően rövidre zárja egy MOSFET az ellenállást, így az nem fog disszipálni, meg a MOSFET sem, hiszen a rajtuk eső feszültség közel nulla.

No, de időközben csak kibújt a szög a zsákból. A rövid válaszom: nem így kell LED világításhoz tápegységet készíteni. Kulcsszavak: biztonság, hatásfok, méret, hálózati feszültségfüggés, hőmérsékletfüggés.

tr '[:lower:]' '[:upper:]' <<<locsemege
LOCSEMEGE