Möglichkeiten für eine einfache Übertemperaturabschaltung?

Ich entwerfe einen Heizkreis, der in einem Produkt verwendet wird, das in kleinen bis mittleren Stückzahlen hergestellt werden soll (Hundert- bis Tausend Einheiten, nicht Zehntausende). Diese Heizung wird PWM-gesteuert, um eine eingestellte Temperatur im erhitzten Medium aufrechtzuerhalten. Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme möchte ich jedoch eine separate Übertemperaturabschaltung einbauen, um Brände oder hohe Oberflächentemperaturen im Falle eines Fehlers im Regelkreis zu verhindern (Sensor defekt, Schalt-FET kurzgeschlossen, Last vom Heizelement entfernt usw. usw.).

Die Abschaltung sollte in einen Betriebszustand zurückkehren, sobald der Übertemperaturzustand behoben ist (d. h. normale, einmal auslösende thermische Sicherungen sind nicht geeignet). Idealerweise wäre die Lösung so einfach wie möglich und würde nur wenige Teile enthalten, das Gerät würde an abgelegenen Orten verwendet, daher ist Zuverlässigkeit ein Problem.

Die Heizung würde mit 12 V betrieben, die maximale Leistung wäre 40 W (dh 3,3 A). Die Abschaltung sollte bei 50 bis 60 °C erfolgen.

Die Optionen, die ich in Betracht ziehe, und ihre relativen Vorzüge sind unten aufgeführt:

A. Normalerweise geschlossene Bimetallschalter, die mit dem Heizelement in Reihe geschaltet sind (z. B. Klixon 7AM ):

  • Für:
           + Einfach, Einzelkomponente.
           + Scheint die häufigste Lösung für diese Anwendung zu sein.
           + Wesentlich teurer als PTC (>3,00 $/Stk.).
  • Gegen:
           - Ich konnte keine oberflächenmontierbaren Optionen finden.
           - Hat bewegliche Teile, die meiner Meinung nach Bedenken hinsichtlich der Zuverlässigkeit aufwerfen, obwohl
              sie anscheinend eine recht akzeptable Lebensdauer haben.

B. PTC-Widerstände (Positive Temperature Coefficient), die mit dem Heizelement in Reihe geschaltet sind:

  • Für:
           + Einfach, Einzelkomponente.
           + Keine beweglichen Teile.
           + Aufputz montierbar.
           + Günstig (weniger als 0,40 $/Stk.).
  • Gegen:
           - Im Allgemeinen für den Einsatz im Überstromschutz ausgelegt und die Daten sind geeignet,
              z. Die verfügbaren Daten geben keine Widerstands-Temperatur-Kurven an.
           - Der Temperaturauslösepunkt wäre vom Strom durch den Widerstand abhängig.
           - Wenige Optionen zur Verwendung über 3A verfügbar.

C. Temperaturschalter-IC (z. B. analoge ADT650x-Serie ), der einen FET ansteuert:

  • Für:
           + Keine beweglichen Teile.
           + Aufputz montierbar.
  • Gegen:
           - Mehrere Teile (Zuverlässigkeit).
           - Zusätzliche Designarbeit (ok, es ist vernachlässigbar, aber ich bin faul).
           - Benötigt zusätzliche Stromversorgung (5 V).
           - Die Gesamtstücklistenkosten sind ähnlich wie bei einem Bimetallschalter.

Meine Fragen sind:

  1. Irgendwelche Rückmeldungen zu den Vorzügen dieser Optionen?
  2. Kann jemand alternative Optionen für die Implementierung dieser Abschaltung vorschlagen?
  3. Kennt jemand PTC-Widerstände, die für diese Verwendung oder Anwendungen mit höherem Strom ausgelegt sind?
Entschuldigung für die etwas unkonventionelle Formatierung, ich konnte die Markdown-Listenfunktion nicht dazu bringen, meine Für/Gegen-Elemente richtig zu verschachteln.
Bimetallstreifen sind normalerweise sehr zuverlässig, nicht wahr? Der in meinem Hausthermostat scheint lange gehalten zu haben. Welche MTBF suchen Sie?
Sie haben wahrscheinlich Recht (ich habe keine Erfahrung damit), die Bimetallstreifen, die ich mir angesehen habe, waren für 10.000 Zyklen ausgelegt. Wir streben eine Lebensdauer von fünf Jahren an, also sollte das Teil im schlimmsten Fall mit ein paar Zyklen pro Tag gut genug sein. Der Kommentar basierte eher auf einem allgemeinen Verdacht auf etwas Mechanisches / Bewegendes und ist möglicherweise kein berechtigtes Anliegen.
Für eine Ausfallsicherheit wählt mein Bauchgefühl das einfachste Gerät, das wäre, glaube ich, ein Bimetallthermostat. Als ich für ein Raumfahrtunternehmen arbeitete, wurden diese Dinge überall in Satelliten verwendet, daher denke ich, dass die Zuverlässigkeit (zumindest der von ihnen verwendeten Teile) ziemlich gut sein kann. Da sie jedoch Platz sind, wurden sie in Gruppen von 4 (seriell + parallel) verwendet, um einen 1-Fail-Betrieb zu erreichen.
Bimetall-Statistiken tauchen in einer Vielzahl von Massenprodukten auf - Elektroherde, Mikrowellenherde, Wasserkocher, Webasto / Eberspacher-Heizungen usw. - alle sicherheitskritisch und müssen Sicherheitstests bestehen / Klagen vermeiden, würde ich mitmachen Herde dort.
en.wikipedia.org/wiki/Thermal_cutoff und insbesondere die unter "Thermal Fuse"

Antworten (1)

Bimetall ist meiner Meinung nach das Beste für Sie, denn wenn es um Zulassungen geht, die der teuerste Teil des Produktentwicklungszyklus sein können, sind Sie viel besser dran. Jetzt wird die mechanische Lebensdauer kein Problem sein, weil die Bimetalle, die ich verwende In TO220-Gehäusen ist viel Hysterese eingebaut, sodass sie langsam zyklieren UND das Bimetall nur unter anormalen und daher unwahrscheinlichen Bedingungen arbeitet. DAS Bimetall ist im Gegensatz zum Chip immun gegen HF-Felder, sodass die Wahrscheinlichkeit geringer ist, dass Sie Ihre von mir verwendete Leiterplatte weiterleiten müssen und Tausende von diesen über etwa 12 Jahre spezifiziert und habe keinen verloren. Ich kann mich auch nicht erinnern, einen in Geräten ersetzt zu haben, die ich repariert habe. Wenn Sie einen PTC verwenden müssen, dann hüten Sie sich davor, dass sie bei übermäßigen Fehlerströmen zerbrechen. Ich habe zwei in Reihe geschaltete 265-Vac-PTCs gesprengt auf 230 Vac, aber nichtIch stelle das nicht auf meine Badbeetle-Website, da es derzeit nur ICs abdeckt

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