NTC termistör yani negatif sıcaklık katsayılı direnç; temelde sıcaklıkla ters orantılı olarak direnci değişen bir elektronik devre elemanıdır. Yani sıcaklığı arttıkça direnci azalır. Daha çok mikrodenetleyicili devrelerde ortam sıcaklığını algılatmak için bir ADC (analog dijital dönüştürücü) ile kullanılır. Temel uygulaması aşağıdaki gibi, bir seri direnç yardımıyla gerilim bölücü oluşturarak, sabit gerilim altında NTC uçlarına düşen gerilimi ölçme şeklindedir.

Aşağıdaki devrede besleme gerilimi olan Vs sabit tutularak; termistör ısıtılmakta ve R2 üzerine düşen gerilim düşümü ölçülmektedir. Termistörün sıcaklığı arttığında NTC uçlarına daha az gerilim düşer, çükü Vntc + Vr2 toplamı Vs’ye eşit olmalıdır. Bu nedenle Vr2 artar. Sıcaklık düştüğünde ise; Rntc artacağından Vntc’de artar, toplam (Vntc ve Vr2) Vs’ye eşit olması gerektiğinden Vr2 düşer. Vr2 deki değişim bir ADC ile ölçülerek, ortam sıcaklığı doğru orantı yöntemiyle hesaplanabilir.

Ani Akım Sınırlayıcı Olarak NTC

NTC ile ilgili olarak buraya kadar olan kısmı çoğu kişinin zaten bildiği, NTC’nin temel davranışından kaynaklanan uygulama örneğiydi. NTC’nin diğer kullanım alanı da, ani akım yükselmelerini bastırmaktır (suppression). NTC termistörler devreye seri bağlanarak Aşırı Akım Limitleyici olarak (NTC Inrush Current Limiter) da kullanılır. Ani akım bastırma amacıyla kullanıldığı uygulamalarda fiziksel ölçüleri sıradan bir NTC’ye göre daha büyük (görünümü genellikle varistörü andırır) ve yüksek akım geçişlerine dayanabilecek fiziksel ve kimyasal özelliklerdedir.

Kondansatörler boş olduklarında çok düşük bir iç dirence sahiptirler.

DC’den DC’ye çeviren anahtarlamalı-mod (switch-mode) güç kaynaklarının girişine kırpılmaları filtrelemek için konulan yüksek kapasiteli filtre kondansatörleri boş olduklarında çok düşük bir iç dirence sahiptir. Bu kondansatörler ilk şarj enerjisi ile karşılaştıklarında aşırı akım çekerler. Kısa süreliğine de olsa (şarj gerilimine ulaşıncaya kadar) bu aşırı akım hem kondansatörün hem de devrenin geri kalanının ömrü açısından olumsuz bir durumdur.

NTC’ler (aşırı akım sınırlama NTC’leri) soğuk iken stabil çalışma şartlarına göre yüksek bir iç dirence sahiptir.

NTC’ler (aşırı akım sınırlama NTC’leri) soğuk iken daha yüksek bir iç dirence sahiptir. Sahip oldukları bu direnç üzerinden geçen akımın belli bir stabiliteye ulaşması sürecinde yarattığı ısı ile sıfıra yakın değerlere düşer ve ardından gelen devrenin çekeceği enerji miktarına göre ısı/akım dengesine oturmuş olur. NTC’nin ilk başta sahip olduğu yüksek direnç, bu anda oluşabilecek ani akımın kendi üzerinde absorbe (suppression) olmasını sağlar. Böylece devrenin girişine seri olarak bağlanan NTC, ardındaki kondansatörün ilk şarj akımın sınırlandırılmasını sağlar. Aşağıdaki akım/zaman grafiği bu durumu açıklar (kırmızı grafik NTC kullanılmayan devreyi, mavi grafik NTC kullanılan devre uygulamasına aittir):

 

NTC’ler ısıya duyarlı elemanlardır. Isıya bağlı olarak hızlıca değişebilen iç dirençleri ile akımı kontrol ederler. Aşağıdaki grafik bir NTC resistörün ısıya bağlı iç direncini göstermektedir.


Tipik Kullanım Alanları

  • Florosan lambaları: Flaman ısınıncaya kadar (dengeli ışık seviyesine ulaşıncaya kadar) geçen sürede flamanın yüksek akım çekmesini önler.
  • Elektrik motorları genellikle ilk hareketlerini yaparken normalden daha yüksek bir mekanik sürtünmeye sahiptirler. Bu da başlatma akımının, çalışma akımından yüksek olmasına neden olur. NTC’ler motorların enerji girişine seri bağlanarak ilk hareketin yavaş yapılmasını sağlar.
  • Hemen hemen her türlü güç elektroniği devrelerinin giriş ve çıkış katlarında kondansatör önüne yerleştirilerek, başlangıç anında sistemin stabil çalışma şartlarına en yakın akımlar ile açılmasını sağlar.

Avantajları

  • Akım limitlemek için kullanılan aktif devrelere (transistör/mosfet devreleri) göre çok daha düşük maliyete sahiptir.
  • Çalışma mantıklarının basit olmasından ötürü devre tasarımlarında sıklıkla kullanılırlar ve üretim safhasını kısaltan bir etki sunmuş olurlar.
  • Güç dirençlerine (power resistör) göre çok daha az yer kaplarlar.

NTC’nin Soğuma Süresi

NTC ani akımı bastırıp gücü kesildikten sonra tekrar aynı etkinlikte bastırma yapabilmesi için bir soğuma süresine ihtiyaç duyar. NTC’nin gerektiğinde tekrar ani aşırı akımı sınırlandırabilmesi için yeterince soğuk olması gerekir, aksi takdirde akımı bastıramaz. Stabil çalışma zamanından soğumasına kadar geçen süre kurtarma süresi (recovery time) ya da yeniden başlatma (restart time) olarak adlandırılır ve  20sn den 2dk’ya kadar varan sürelerde olabilir.

Yukarıdaki sinyal grafiğinde bir cihaz tarafından başlangıç anında çekilen yüksek akımın genliğe bağlı değişimi görülüyor.

Teşekkür

Bu yazının hazırlanmasındaki yardım ve desteklerinden dolayı değerli hocam Güven Demir bey’e ve değerli arkadaşım, abim, elektronik mühendisi Mustafa Özkan’a teşekkürlerimi sunarım.

Kaynak: https://en.tdk.eu/tdk-en/373562/tech-library/articles/applications—cases/applications—cases/always-on-the-safe-side/761864

CEVAP VER