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:

1. Сопротивление при 25˚С

2. 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:

1. Термистор достаточно долго остывает. Если выключить устройство и сразу включить опять, то термистор будет иметь низкое сопротивление и не выполнит свою защитную функцию.
2. 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.
3. При работе происходит сильный нагрев термистора. Греются также элементы рядом с ним.
4. 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 тут 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, Ом	Iмакс, А	Смакс, мкФ
диаметр 8мм
JNR08S4R7M	4,7	2	100
JNR08S040M	4	2	100
JNR08S050M	5	2	100
JNR08S060L	6	2	100
JNR08S070L	7	2	100
JNR08S080L	8	2	100
JNR08S100L	10	2	100
JNR08S150L	15	2	100
JNR08S180L	18	2	100
JNR08S200L	20	1	100
JNR08S220L	22	1	100
диаметр 10мм
JNR10S2R5M	2,5	5	150
JNR10S030M	3	4	150
JNR10S040M	4	4	150
JNR10S050M	5	4	150
JNR10S060L	6	3	330
JNR10S070L	7	3	330
JNR10S080L	8	3	330
JNR10S100L	10	3	330
JNR10S120L	12	2,5	330
JNR10S130L	13	2,5	330
JNR10S150L	15	2,5	330
JNR10S160L	16	2,5	330
JNR10S200L	20	2	330
JNR10S250L	25	2	330
JNR10S300L	30	2	330
JNR10S470L	47	2	330
JNR10S500L	50	2	330
JNR10S800L	80	1	390
JNR10S121L	120	1	390
диаметр 13мм
JNR13S1R3M	1,3	7	47
JNR13S2R5M	2,5	5	68
JNR13S030M	3	5	68
JNR13S050M	5	5	100
JNR13S060L	6	5	150
JNR13S070L	7	4	330
JNR13S080L	8	4	330
JNR13S100L	10	4	330
JNR13S120L	12	3	390
JNR13S150L	15	3	560
JNR13S160L	16	3	560
JNR13S180L	18	2,8	470
JNR13S200L	20	2,8	470
JNR13S250L	25	2	560
JNR13R500L	50	2	560
диаметр 15мм
JNR15S1R3M	1,3	8	47
JNR15S1R5M	1,5	8	100
JNR15S2R5M	2,5	8	150
JNR15S030M	3	7	330
JNR15S040M	4	6	330
JNR15S050M	5	6	390
JNR15S060L	6	5	390
JNR15S070L	7	5	470
JNR15S080L	8	5	470
JNR15S100L	10	5	560
JNR15S120L	12	4	560
JNR15S150L	15	4	680
JNR15S160L	16	4	680
JNR15S180L	18	4	680
JNR15S200L	20	4	680
JNR15S250L	25	3	680
JNR15S300L	30	3	680
JNR15S400L	40	3	1000
JNR15S470L	47	3	1000
JNR15S800L	80	2,5	680
JNR15S121L	120	2	1000
JNR15S221L	220	1	1500
диаметр 20мм
JNR20S0R7M	0,7	12	470
JNR20S1R3M	1,3	8	470
JNR20S2R5M	2,5	8	330
JNR20S050M	5	7	390

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

Блок термисторов.

Рис.6 Блок термисторов

В сборе.

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.

Рис. 9 Замена термисторов

Вывод – термисторы неизвестных производителей брать не рекомендую

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
VD1, VD5	Выпрямительный диод	1N4007	2
VD2, VD4	Светодиод		1
VD5	Стабилитрон	1N4742	1
C1	Электролитический конденсатор	10 мкФ 16 В	1
R1	Резистор	50 кОм	1	2 Вт
R2-R9	Термистор	15D11	6	15 Ом
R3	Резистор	20 кОм	1	2 Вт
SA1-SA2	Выключатель		2
	Разъём		1
	Евровилка с заземлением		1