Авт, доктор Стефан Бенкхоф (Dr. Stefan Benkhof, менеджер-маркетолог EPCOS / TDK).

Переклад - Дмитро Кузнєцов, керівник служби технічної підтримки ТОВ «АЕДОН».

Високі значення пускових струмів повсюдно можна зустріти при роботі такого обладнання, як системи приводу, инверт е ри або в джерело ах електроживлення в момент включення. Оскільки в результаті протікання великого струму виходу з ладу схильні, наприклад, випрямлячі перетворювачів напруги або запобіжники, необхідно вжити заходів поуменьшенію струму (рисунок 1). Існує принаймні два методи обмеження пускового струму - пасивний і активний. У першому випадку - це пристрій захисту (обмежувача пускового струму - ОПТ), яке встановлюється послідовно в ланцюг електроживлення, у другому - використання схеми активного шунта, що спрацьовує після того, як то до досягне безпечного значення. Вибір методу обмеження зводиться до конкретного застосування і залежить від безлічі факторів: необхідної потужності, частотних характеристик кидка струму, робочої температури навколишнього середовища і вартості виробу.

Пасивний метод обмеження пускового струму.

Для перетворювачів напруги номінальною потужністю до декількох Ватт найбільш прийнятним рішенням може служити включення малоомного резистора послідовно з навантаженням.

NTC -термістор має високу омічний опору при низьких температурах корпусу, що дозволяє ефективно розсіювати пікову складову пускового струму, і низький опір - при високих температурах. В результаті поглинання струму навантаження і подальшого саморазогрева в нормальних кліматичних умовах (при «кімнатної» температурі навколишнього середовища) опір термістора падає до декількох відсотків від номінального значення. Це властивість дозволяє зменшити виділяється на термісторі потужність при подальшому постійному струмі навантаження, коли конденсатор-накопичувач повністю заряджений. В цілому, NTC -термістор найбільш дешевий і простий по схемотехнической реалізації варіант (малюнок 2).

При розробці джерел живлення все більша увага приділяється зменшенню втрат потужності всюди, де це можливо. У разі, коли номінальна потужність джерела перевищує 500Вт, ці недоліки стають більш очевидними. Якщо ГУРТ включений протягом усього часу протікання струму, втрати енергії стають значними. Збільшення номінальної потужності пристрою і збільшення часу його запуску призводять до появи небажаних додаткових енергетичних втрат. Якщо припустити, що розсіює потужність на NTC -термісторе становить близько 1% від загальної потужності перетворювача, а ККД останнього дорівнює 92%, то близько 12,5% всіх енергетичних втрат припаде на NTC -термістор.

Ще одним методом є застосування активного обмежувача пускового струму (АОПТ) з використанням реле або сімісторов. Залежно від сфери застосування схема активного обмеження пускового струму може містити потужний резистор, NTC -термістор або позистор (PTC -термістор з позитивним температурним коефіцієнтом) в якості компонента-обмежувача (рисунок 3). Позистор, наприклад, використовується в бортових зарядний пристрій з підключаються гібридними або електричними двигунами, коли потрібно передати енергію потужністю в кілька кіловат. Переваги АОПТ проявляються як на потужностях вище 500Вт, так і на менших потужностях в різних сферах застосування. Хоча вартість АОПТ помітно вище, такий підхід дозволяє не тільки зменшити втрати енергії, а й застосувати менш потужні і, як наслідок, більш дешеві перемикачі та напівпровідники.

Для деяких застосувань позистор демонструє найкращі характеристики в якості ГУРТ. Оскільки температура NTC -термістора залежить від температури навколишнього середовища, при низьких температурах його опір вище, відповідно струм заряду накопичувача нижче і час виходу на режим більше. З іншого боку, підвищена температура навколишнього середовища позбавляє NTC -термістор можливості обмежити пусковий струм внаслідок його низької опору. Тому, такий підхід не затребуваний для застосувань, де потрібно широкий температурний діапазон. Для NTC -термісторов час охолодження, після якого можливо провести повторне включення з ефективним обмеженням струму, варіюється від 30 до 120 с залежно від застосування, типу кріплення і температури навколишнього середовища. Для деяких застосувань не потрібно тривалого охолодження, де відбувається швидкий активний розряд конденсаторів в ланцюзі постійного струму, наприклад, в інверторах для нових пральних машин або сушарок. Однак, ефективне застосування АОПТ в апаратурі, де присутні короткі перерви напруги, може виявитися неможливим в зв'язку з тим, що опір термістора при кожному випадку включення залишатиметься низьким. В обох випадках позистора фірми EPCOS будуть ефективним засобом обмеження пускового струму.

У ПКУ позистор працює як омічний опір номіналом від 20 до 500 Ом (в залежності від типу). Цього опору вистачає для обмеження пускового струму. Як тільки накопичувач повністю заряджений, позистор шунтируется короткозамкненим реле.

У разі виходу з ладу елементів ланцюга заряду конденсатора, позистор виконує захисну функцію ланцюга навантаження. При протіканні струму через елемент, його опір багаторазово зростає, і, завдяки наявності таких захисних властивостей, позистор може служити захистом від короткого замикання конденсатора і в разі, якщо не спрацював шунт після повного заряду накопичувального конденсатора (відмова коммутирующего елемента).

Всі ці явища відмов викликають різкий стрибок температури обмежувача струму. Для повної впевненості, що ефекти КЗ і відмова реле не заподіють шкоди апаратурі, слід встановлювати саме позистор або потужний резистор. Позистора фірми EPCOS не вимагають попереднього обмеження струму, так як мають захисні властивості, і можуть встановлюватися безпосередньо в живильну мережу з відповідним номіналом пробивної напруги. На малюнку 4 представлений процес обмеження струму в результаті короткого замикання конденсатора.

В результаті позистора фірми EPCOS (рисунок 5), що застосовуються в складі АОПТ, мають чудові властивості:

- хороша стійкість до підвищеної температури навколишнього середовища.

- ефективне обмеження струму відразу ж після відключення навантаження (відсутня необхідність охолодження перед повторним запуском як у NTC -термісторов).

- власна захист від перевантаження по струму, викликаної аварійними ситуаціями.

У таблиці 1 представлений номенклатурний ряд елементів, основні параметри і наявність в наборах із зразками.

Для всіх моделей ГУРТ діапазон температур становить від -20 ... до +85 С при роботі на максимальному пробивном напрузі

Графік зміни опору наведено в data sheet на сайті EPCOS для температурного діапазону -40 ... + 180 С.

Список використаної літератури:

1. www. epcos. com / ptc _ icl

2. www.epcos.com/samplekit

3. Bodo's Power System, February 2014 року, page 34