Protección de fuentes con termistor NTC

Protección de fuentes con termistor NTC

Actualizado hace un año

Hay un problema muy común que se presenta en la fuentes de alimentación de alta potencia y es ese molesto chispazo que ocurre cuando conectamos la fuente a la red eléctrica o la batería de nuestro auto. Este problema se presenta principalmente por que los capacitores se encuentran en reposo y como estos tiene una RSE muy pequeña así que para un instante 0 estos capacitores son básicamente un cable, lo que provoca una corriente muy muy alta que puede fundir el fusible.

Le pasó al compañero EDITRONIKX cuando diseñó su amplificador TDA7294 sin considerar esta protección. Para que a nosotros no nos pase eso vamos a colocar una protección que no es solo un fusible.

 

 

Funcionamiento de la protección con termistor NTC

El principio de funcionamiento de este circuito se basa en la propiedad de autocalentamiento de un termistor o cualquier resistencia eléctrica realmente. Al momento de que una corriente comienza a fluir por un dispositivo resistivo este comienza a disipar potencia en forma de calor, ahora bien, el termistor NTC a medida que se incrementa la temperatura baja la resistencia, entonces al implementar el siguiente circuito. 

circuito de protección con termistor ntc
circuito de protección con termistor ntc

En un instante inicial la resistencia del termistor es elevada porque se encuentra frío (temperatura ambiente), en este punto el termistor deja pasar poca corriente evitando que se produzca el chispazo. a medida que el termistor se calienta debido a la corriente, la resistencia del termistor comienza a bajar y deja pasar más corriente hasta que finalmente se estabiliza con una resistencia muy baja que no impacta el funcionamiento del sistema. 

veamos esto con un ejemplo: 

Usare un termistor RL2004-16.4-59-D1 el cual tiene las siguientes características:

  • Ro = 25 Ohm @ 25ºC
  • B25/85 = 3096
  • Factor de disipación (δ) = 6.5 mW/K

 

 

Con estos datos vamos a calcular la corriente inicial, cuando el termistor está frío, es decir, cuando su resistencia es de 25 Ohm, si asumimos que los capacitores están en corto en un instante cero, el circuito quedaría de la siguiente forma:

circuito de protección con termistor en instante inicial

Aplicando Ley de Ohm:

I=311.1325=12.44A

Esta corriente es la corriente pico maxima, sin embargo, en función del tiempo se vería de la siguiente forma:

Curva de corriente con termistor vs sin termistor
Curva de corriente con termistor y sin termistor

 

Esta corriente de 12.44A es mucho menos que los 300A que pudo producir al no tener el termistor. este primer cálculo me genera un par de dudas; el termistor que escogí es capaz de soportar esta corriente? este valor de corriente es adecuado o se puede bajar más?

Para la primera pregunta debemos ver la hoja de datos…. y no, no encontre informacion de corriente, así que asumo que este termistor solo se usa como sensor de temperatura y para la segunda pregunta, he visto que los valores de termistor usados para protección de corriente tiende a ser cada vez de menos valor.

Buscando un poco encontré el SCK10202MFY. Estos termistores son usados para “Limiting Inrush Current” es el mejor término de búsqueda para encontrar información sobre esta aplicación.

Este termistor tiene las siguientes características:

  • Ro = 20 Ohm @ 25ºC
  • Imax = 2A
  • B25/85 = 3096
  • Factor de disipación (δ) = 17 mW/ºC

 

A pesar que la corriente en este caso sería de unos 15.55A aparentemente este no afecta a la corriente máxima debido al corto tiempo, sin embargo, si se considera la potencia máxima de consumo. por ejemplo; para alimentar un amplificador que entrega 200W, la corriente constante sería igual a 0.9A a 220 Vrms. 

El termistor estará disipando una potencia de:

Pd=I2×R25=16.2W

 

Es mucha potencias, sin embargo, esta comenzará a disminuir a medida que se caliente el termistor, digamos que se calienta hasta los 80 ºC, a esta temperatura el termistor tendrá una resistencias de 4 Ohm.

 

curva de termistor SCK1020
curva de termistor SCK1020

 

Con este valor de resistencia la potencia disipada por el termistor caerá hasta 

Pd=I2×R25=0.81×4=3.2W

Es una potencia mucho más baja. Hay una aplicación donde se puede limitar aún más el consumo, pero por ahora creo que esto es suficiente. 

Conclusión

El uso del termistor como protección de corriente es un tema más complejo de lo que parece y se hace más complicado a medida que aumenta más la potencia, este artículo fue escrito para tener clara la protección que tendrá la fuente conmutada que se usará para alimentar el amplificador de audio car. si tienes alguna duda o sugerencia por favor comenta. 


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