Термисторы EPCOS NTC — применение в системах автоматизации и электронном оборудовании

NTC-термисторы EPCOS — полупроводниковые резисторы с отрицательным температурным коэффициентом. При нагреве их сопротивление падает: это свойство используют для измерения температуры и ограничения пускового тока. Бренд EPCOS относится к компонентам TDK Electronics. Сенсорные и силовые серии не являются взаимозаменяемыми. Чувствительный элемент изготовлен из оксидной керамики; ее свойства задаются составом и спеканием. Учитывают сопротивление, B, теплообмен и нагрузку.

Технические характеристики

Измерительные и силовые NTC различаются электрическими и тепловыми параметрами. Типичные значения для отдельных серий:

• сопротивление R25 измерительных элементов — обычно 1–100 кОм при 25 C,
• допуск R25 — ±1, ±3 либо ±5 %,
• параметр B25/85 — ориентировочно 3000–4500 К,
• температурный коэффициент возле 25 C — примерно от −3 до −5 %/К,
• рабочая температура измерительных серий — часто −40...+125 C,
• номинальное сопротивление силовых ограничителей при 25 C — примерно 1–100 Ом,
• допустимый ток силовых исполнений — единицы или десятки ампер,
• энергия одиночного пускового импульса — нормируется в джоулях для конкретной модели,
• постоянная рассеяния небольших датчиков — примерно 1–5 мВт/К в воздухе,
• тепловая постоянная времени — от нескольких до десятков секунд,
• монтаж — выводной, поверхностный либо в защитной оболочке.

Пределы тока, мощности, температуры и энергии определяются документацией на конкретный артикул. Для измерительных элементов важны не только R25 и B, но и температурная таблица с шагом 5 или 10 C, допускаемая мощность при 25 C и способ испытаний. Тепловые параметры, измеренные в воздухе, нельзя непосредственно переносить на жидкость или металлический корпус.

Физический принцип и расчет сопротивления

При нагреве в полупроводниковой керамике возрастает концентрация носителей заряда. Приближенная зависимость: R(T)=R25·exp[B·(1/T−1/298,15)], где T выражена в кельвинах. Точный пересчет проводят по таблице R/T или уточненной модели. Например, для условного элемента с R25=10 кОм и B=3988 К расчет дает приблизительно 34,0 кОм при 0 C, 10,0 кОм при 25 C, 3,55 кОм при 50 C и 1,06 кОм при 85 C. Это лишь расчетный пример, не паспорт артикула EPCOS. Параметр B считается постоянным только в приближенной модели: реальная кривая нелинейна. Поэтому ошибка расчета растет при удалении от температур, по которым определен B. При проектировании точных каналов используют паспортные таблицы либо уравнение Стейнхарта — Харта с индивидуальными коэффициентами. Локальная относительная чувствительность определяется выражением =−B/T2: при 25 C она составляет около −4,49 %/К для принятого B.

Конструктивные исполнения

Конструкция задает инерционность, прочность и теплообмен. Основные исполнения:

• керамические бусины с выводами для точечных измерений,
• диски с радиальными выводами для измерительных и силовых цепей,
• SMD-компоненты для монтажа на печатные платы,
• датчики с изолирующей оболочкой,
• силовые диски с высокой тепловой массой для поглощения энергии.

Выводы соединены с металлизацией керамики. Покрытие защищает элемент от загрязнений; стойкость к влаге и вибрации зависит от корпуса. Пайку проводят по регламенту серии.

Режимы функционирования

Режим определяется функцией NTC и величиной самонагрева:

• измерительный режим — малый ток минимизирует самонагрев,
• температурная компенсация — изменение R корректирует параметры схемы,
• ограничение пуска — холодный NTC имеет высокое R, нагретый — низкое,
• контроль перегрева — схема отслеживает R элемента у источника тепла.

При горячем повторном пуске сопротивление неостывшего NTC мало, поэтому подавление броска тока ослабевает. Расчет учитывает паузу между включениями, температуру среды и энергию конденсаторов. Для входной емкости 470 мкФ при напряжении 325 В запасенная энергия E=CU2/2 составляет около 24,8 Дж. Она не обязательно целиком выделяется в термисторе: распределение потерь зависит от топологии источника и сопротивления цепи. Допустимую импульсную энергию сравнивают с паспортным значением с учетом условий пуска.

Особенности электрического подключения

Для измерений NTC включают в делитель напряжения. При подключении к общему проводнику: Uвых=Uпит·Rntc/(Rпост+Rntc). При Uпит=3,3 В, Rпост=10 кОм и Rntc=10 кОм оно составляет 1,65 В. Для рассчитанного сопротивления 1,06 кОм при 85 C напряжение падает примерно до 0,32 В. Погрешность создают провода, АЦП, допуск резистора и измерительный ток. Самонагрев оценивается как T≈P/, где P — электрическая мощность, — постоянная рассеяния. При P=5 мВт и =2 мВт/К систематическое превышение температуры чувствительного элемента может достигать 2,5 К. Погрешность снижают импульсным питанием и калибровкой.

Практические области применения

NTC используют в измерительных и силовых устройствах:

• контроль температуры обмоток двигателей, трансформаторов и силовых модулей,
• измерение нагрева аккумуляторных сборок и устройств зарядки,
• температурную стабилизацию измерительных каскадов,
• ограничение броска тока при включении импульсных блоков питания,
• термоконтроль нагревателей и вентиляционного оборудования.

Таким образом, NTC-термисторы EPCOS измеряют температуру, компенсируют ее изменения и ограничивают пусковые токи. Для устойчивой работы необходим учет кривой R/T, самонагрева, инерции и импульсной энергии. Компания «Олниса» поставляет NTC-термисторы EPCOS для промышленной электроники. В ассортименте поставок «Олниса» представлены электронные компоненты для производства и ремонта оборудования. Продукция EPCOS от «Олниса» предназначена для предприятий, использующих надежные терморезистивные элементы.