Jedným z výrobcov dodávajúcich výrobky, ktoré možno použiť napríklad s moderným termostatom, je japonská spoločnosť Murata. Táto spoločnosť, známa svojimi kvalitnými elektronickými komponentmi, pripravila jednoduchú blokovú schému tohto typu zariadenia, pričom ukazuje použitie svojich komponentov v cieľovom zariadení.

Na prvý pohľad sa môže zdať, že termostat je malé zariadenie s jednoduchou obsluhou. Pod jeho elegantným zovňajškom sa však skrýva sofistikovaná technológia, ktorej cieľom je udržiavať stálu teplotu v miestnosti podľa preferencií používateľov.

Tradičné mechanické termostaty sa skladajú z dvoch hlavných komponentov: snímača teploty a mechanického prepínača. Keď teplota dosiahne nastavenú hodnotu, snímač aktivuje mechanizmus, ktorý uzavrie alebo otvorí vykurovací alebo chladiaci okruh.

Moderné termostaty sú vybavené mnohými ďalšími technologickými riešeniami. V ich vnútri môžeme nájsť presné elektronické snímače teploty, integrované regulátory využívajúce algoritmy strojového učenia, pamäte, moduly bezdrôtovej komunikácie, dobíjateľné batérie alebo komponenty umožňujúce kontakt s používateľom, napríklad buzzery.

Termistory – precízna kontrola teploty

Termistory sú konvenčné polovodičové súčiastky, ktorých odpor sa mení s teplotou. V katalógu TME nájdeme termistory pre povrchovú montáž (SMD) v rôznych variantoch puzdier: 01005, 0201, 0402, 0603 a 0805 (palcové puzdrá). Ich odpor závisí od konkrétneho modelu a pohybuje sa od 220 Ω do 470 kΩ s toleranciami +/-0,5 %, +/-1 %, +/-3 % a +/-5 %. Za zmienku stojí aj materiálová konštanta termistorov, ktorá sa pohybuje od 3380 K do 4500 K.

Presnosť dnešných termostatov závisí najmä od použitého termistora. Tieto odporové prvky sú v moderných konštrukciách mimoriadne užitočné vďaka svojej rýchlej reakcii v súvislosti so zmenou teploty. V termostatoch sa termistory môžu používať na presné monitorovanie teploty prostredia alebo objektu, čo umožňuje efektívne riadenie prevádzky vykurovacieho alebo chladiaceho zariadenia. S vhodne naprogramovaným riadiacim algoritmom môže termostat dynamicky reagovať na zmeny teploty a udržiavať ju na požadovanej úrovni s minimálnymi výkyvmi. Okrem toho sa termistory často používajú na teplotnú kompenzáciu na zlepšenie presnosti meraní, čo vedie k ešte lepšiemu výkonu zariadenia. V prípade uvedenej schémy sú tieto prvky použité takmer všade, najmä v bode 1, 2, 4 a 5 obr. 1.

Keramické kondenzátory - nízke náklady a vysoká dostupnosť

Keramické kondenzátory sú malé prvky určené na uchovávanie energie. Pasívne prvky MMLC od spoločnosti Murata sú vhodné na povrchovú montáž (SMD) a ich vonkajšie puzdrá sú prispôsobené palcovým variantom od 008004 do 2220. Kapacita týchto prvkov sa opisuje v rozsahu od 0,1 pF do 330 μF pri napätí od 2,5 V až do 3,15 kV. Tieto prvky sú k dispozícii s toleranciami od ±1 % do ±20 %.

Keramické kondenzátory sú kľúčovou súčasťou dnešnej elektroniky a možno ich úspešne použiť pri návrhu moderného termostatu. V cieľovom zariadení môžu byť tieto prvky jedným z pilierov obvodov filtrovania šumu a elektrického rušenia, čím zabezpečujú presnejšie meranie teploty a stabilnejšiu prevádzku regulácie. Okrem toho sa keramické kondenzátory často používajú vo výkonových obvodoch termostatu, čo sa premieta do presného riadenia prevádzky vykurovacieho alebo chladiaceho zariadenia. Ich nízke výrobné náklady a vysoká dostupnosť sú len niektoré z výhod keramických kondenzátorov. Moderné termostaty vďaka nim ponúkajú nielen vyššiu presnosť, ale aj väčšiu spoľahlivosť a životnosť, čo sa premieta do spokojnosti používateľov a lepšej energetickej účinnosti. V prípade uvedenej schémy sa tieto komponenty používajú najmä v bode 2 a 5 obr. 1.

Hybridné kondenzátory – plynulá prevádzka regulačného systému

Zaujímavými prvkami, ktoré dodáva aj spoločnosť Murata, sú hybridné kondenzátory. Tieto prvky sú umiestnené v puzdre typu SMD 2917 s kapacitami od 33 μF do 330 μF a pracovným napätím od 6,3 V do 25 V. Tolerancia tohto typu kondenzátora je +/-20%.

V moderných projektoch termostatov zohrávajú hybridné kondenzátory dôležitú úlohu, pretože zabezpečujú nielen stabilnú prevádzku, ale aj optimálne využitie dostupného priestoru. Koniec koncov, ich malé rozmery idú ruka v ruke s pomerne veľkou kapacitou. Hybridné kondenzátory spájajú výhody keramických a elektrolytických kondenzátorov na dosiahnutie lepších elektrických parametrov. V prípade termostatov možno hybridné kondenzátory použiť na uskladnenie energie, čím sa zabezpečí plynulá prevádzka riadiaceho systému a eliminuje sa kolísanie napájacieho napätia. Okrem toho ich nízka impedancia a vysoká teplotná stabilita ich predurčujú na použitie v aplikáciách, ktoré si vyžadujú presné merania a prevádzkovú stabilitu, čo je rozhodujúce pre efektívnu prevádzku termostatu. Vďaka použitiu hybridných kondenzátorov môžu moderné termostaty ponúknuť nielen lepší výkon, ale aj úsporu miesta, čo umožňuje navrhovať kompaktnejšie a technologicky pokročilejšie zariadenia. Pri analýze schémy uvedenej v článku sú rezonátory použiteľné najmä v bode 2 a 5 obr. 1.

Tlmivky – stabilné a spoľahlivé fungovanie

Ďalšími z komponentov, ktoré sa úspešne používajú v termostatoch, sú tlmivky. Komponenty značky Murata v tejto kategórii sa vyznačujú indukčnosťou od 0,3nH do 68mH a sú umiestnené v puzdrách typu SMD. Dodávajú sa vo väčšine dostupných palcových variantov od 0201 do 2525. Za zmienku stojí aj prevádzkový prúd týchto komponentov, ktorý sa v jednotlivých modeloch pohybuje od 33 mA do 13,5 A.

V termostate hrajú tlmivky kľúčovú úlohu pri zabezpečovaní stabilnej a efektívnej prevádzky zariadenia. Tlmivky, známe aj ako indukčné cievky, sa používajú predovšetkým v obvodoch regulácie prúdu a napätia. V kontexte termostatov sa tlmivky môžu použiť na filtrovanie šumu a elektrického rušenia, čo pomáha zlepšiť presnosť merania teploty, ako aj celkovú stabilitu prevádzky zariadenia. Okrem toho schopnosť týchto komponentov akumulovať energiu môže prispieť k vyhladeniu napäťových špičiek vyskytujúcich sa v napájacom obvode. Vďaka použitiu tlmiviek ponúkajú moderné termostaty nielen spoľahlivejšiu a stabilnejšiu prevádzku, ale môžu byť aj odolnejšie voči vonkajšiemu rušeniu, čím sa zvyšuje ich vhodnosť pre najrôznejšie prevádzkové podmienky. V prípade uvedenej schémy sú tieto prvky použiteľné najmä v bode 3 obr. 1.

Rezonátory – stabilný hodinový signál

Rezonátory sú tiež komponenty, ktoré sú nevyhnutné pri konštrukcii moderného termostatu. Komponenty ponúkané spoločnosťou Murata sú prispôsobené na povrchovú montáž a ich charakteristickým parametrom je frekvencia od 4 MHz do 48 MHz v závislosti od modelu. Okrem toho môžu tieto komponenty pracovať vo veľmi širokom teplotnom rozsahu (od -40 °C do 125 °C). 

Rezonátory sú komponenty, ktoré sa nachádzajú takmer v každom digitálnom zariadení. Umožňujú stabilnú a synchrónnu prevádzku všetkých druhov mikrokontrolérov. Rezonátory, najmä kremenné rezonátory, sa používajú na generovanie stabilných hodinových signálov a obdĺžnikových priebehov, ktoré sú jedným z pilierov digitálnej elektroniky. Vďaka presnému a stabilnému taktovaniu umožňujú rezonátory presné časové intervaly, čo je okrem iného rozhodujúce v procese regulácie teploty termostatu. Kvalitný rezonátor sa vyznačuje vysokou frekvenčnou stabilitou a nízkymi osciláciami, čo sa prejavuje v konzistentnej a spoľahlivej prevádzke počas dlhého časového obdobia. Vďaka použitiu rezonátorov môžu moderné termostaty ponúknuť nielen presnú reguláciu teploty, ale aj dlhodobú a spoľahlivú prevádzku. Pri analýze schémy uvedenej v článku sú rezonátory použiteľné najmä v bode 8 obr. 1.

Text spracovala spoločnosť Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.