- Hvad er indgangsstrøm?
- Hvad forårsager startstrøm i en enhed?
- Startstrømsbeskyttelseskredsløb - Typer
- Soft Start- eller Delay-kredsløb
- Hvor og hvorfor skal vi overveje Inrush Current Protection Circuit?
- Sådan måles startstrøm:
- Faktorer, du skal overveje, når du designer et indgangsstrømbeskyttelseskredsløb:
Holdbarheden og pålideligheden af et elektronisk kredsløb er meget afhængig af, hvor godt det er designet i betragtning af alle odds, som praktisk talt kan opstå, når produktet faktisk er i brug. Dette gælder især for alle strømforsyningsenheder som AC-DC-omformere eller SMPS-kredsløb, fordi de er tilsluttet direkte til lysnettet og en varierende belastning, der gør dem modtagelige for overspændinger, spændingsspidser, overbelastning osv. Dette er grunden til, at designere inkluderer mange typer beskyttelseskredsløb i deres design, har vi allerede dækket en masse populære beskyttelseskredsløb, nemlig
- Overspændingsbeskyttelse
- Over nuværende beskyttelse
- Omvendt polaritetsbeskyttelse
- Beskyttelse mod skud
Vi har tidligere diskuteret indgangsstrøm, i denne artikel vil vi diskutere, hvordan man designer en indgangsstrømbegrænserkredsløb for at beskytte dine strømforsyningsdesign mod indgangsstrømme. Vi vil først forstå, hvad indgangsstrømmen er, og årsagen til, at den genereres. Derefter vil vi diskutere de forskellige typer kredsløbsdesign, der kan bruges til at beskytte indgangsstrøm og til sidst afslutte med nogle tip til at beskytte din enhed mod indgangsstrøm. Så lad os komme i gang.
Hvad er indgangsstrøm?
Som navnet antyder, angiver udtrykket "startstrøm", at når en enhed tændes i den indledende fase, strømmer en enorm mængde strøm ind i kredsløbet. Per definition kan det defineres som den maksimale øjeblikkelige indgangsstrøm trukket af en elektrisk enhed, når den er tændt. Denne adfærd kan observeres godt i AC-induktive belastninger som transformere og motorer, hvor startstrømsværdien normalt vil være tyve eller tredive gange mere end de nominelle værdier. Selvom værdien af indgangsstrømmen er meget høj, forekommer den kun i nogle få millisekunder eller mikrosekunder og kan derfor ikke bemærkes uden en meter. Indgangsstrøm kan også kaldes som indgangsstrøm eller tændt bølgenuværende baseret på bekvemmelighed. Da dette fænomen er mere med vekselstrømsbelastninger, bruges vekselstrømsbegrænser mere end dets DC-modstykke.
Hvert eneste kredsløb trækker strøm fra en kilde afhængigt af kredsløbets tilstand. Lad os antage et kredsløb, der har tre tilstande, dvs. tomgangstilstand, normal arbejdstilstand og maksimal arbejdstilstand. I inaktiv tilstand overvejer kredsløbet 1mA strøm, i normal driftstilstand trækker kredsløbet 500mA strøm og i maksimal arbejdstilstand kan det trække 1000mA eller 1A strøm. Derfor, hvis kredsløbet for det meste fungerer i en normal tilstand, kan vi sige, at 500mA er steady-state-strømmen for kredsløbet, hvorimod 1A er den maksimale strøm, der trækkes af kredsløbet.
Dette er ret sandt, let at arbejde med og enkel matematik. Men som tidligere fortalt eksisterer der en anden tilstand, hvor strømmen trukket af kredsløbet kan være 20 eller endda 40 gange større end steady-state strømmen. Det er den oprindelige tilstand eller effekt på kredsløbets fase. Nu, hvorfor trækkes denne høje strøm pludselig af kredsløbet, da den er klassificeret til anvendelse med lav strøm? Såsom det foregående eksempel, 1mA til 1000mA.
Hvad forårsager startstrøm i en enhed?
For at besvare de spørgsmål, vi er nødt til at komme ind i magnetiske spoler og motorspoler, men for at starte, lad os overveje det, det er som at flytte et stort skab eller trække i en bil, i første omgang har vi brug for høj energi, men når tingene begynder at bevæge sig, blev det lettere. Præcis den samme ting sker inde i et kredsløb. Næsten hvert kredsløb, især strømforsyninger, bruger kondensatorer og induktorer med stor værdi, choker og transformatorer (en enorm induktor), som alle trækker en enorm startstrøm til at udvikle det magnetiske eller elektriske felt, der kræves til deres drift. Således giver indgangen på kredsløbet pludselig en lav modstandsstigning (impedans) sti, som tillader en stor strømværdi at strømme ind i kredsløbet.
Kondensatorer og induktorer opfører sig forskelligt, når de er i fuldt opladet tilstand eller udladningstilstand. For eksempel fungerer en kondensator, når den er i en fuldt afladet tilstand, som en kortslutning på grund af den lave impedans, mens en fuldt opladet kondensator udjævner jævnstrømmen, hvis den er forbundet som en filterkondensator. Det er dog en meget lille tidsperiode; om få millisekunder bliver kondensatoren ladet. Du kan også læse om ESR- og ESL-værdierne for en kondensator for bedre at forstå, hvordan det fungerer i et kredsløb.
På den anden side genererer transformere, motorer og induktorer (alle spolerelaterede ting) tilbage emf under opstart, kræver også meget høj strøm under opladningstilstanden. Normalt kræves der få strømcyklusser for at stabilisere indgangsstrømmen til en steady-state. Du kan også læse om DCR-værdi i induktoren for bedre at forstå, hvordan induktorer fungerer i et kredsløb.
I ovenstående billede vises en nuværende vs. tidsgraf. Tiden vist i millisekunder, men det kan også være i mikrosekunder. Under opstarten øges den aktuelle start imidlertid, og den maksimale spidsstrøm er 6A. Det er startstrømmen, der findes i en meget kort tidsperiode. Men efter startstrømmen bliver strømmen stabil ved en værdi på.5A eller i 500mA. Dette er kredsløbets steady-state strøm.
Derfor, når indgangsspændingen påføres strømforsyningen eller i et kredsløb, der har meget høj kapacitans eller induktans eller begge dele, opstår der indgangsstrøm. Denne startstrøm, som vist i grafen for startstrøm, bliver meget høj, så indgangskontakten smelter eller sprænges.
Startstrømsbeskyttelseskredsløb - Typer
Der er mange metoder til at beskytte din enhed mod indgangsstrøm, og forskellige komponenter er tilgængelige for at beskytte kredsløbet mod indgangsstrøm. Her er listen over effektive metoder til at overvinde startstrøm-
Modstandsgrænsemetode
Der er to måder at designe startstrømbegrænser ved hjælp af modstandsgrænsemetoden. Den første er at tilføje en seriemodstand for at reducere strømmen i kredsløbsledningen, og den anden er at bruge linjefilterimpedans i vekselstrømsforsyningsindgang.
Men denne metode er ikke en effektiv måde at tilføje på tværs af et højt udgangsstrømkredsløb. Årsagen er indlysende, fordi den inkluderer modstand. Den startstrøm modstand bliver varmet op under normal drift og reducerer effektiviteten. Modstandseffekten afhænger af applikationskravet, typisk mellem 1W og 4W.
Termistor eller NTC-baseret strømbegrænser
T- hermistor er en temperaturkoblet modstand, der ændrer modstand afhængigt af temperaturen. I en NTC- indgang svarer strømbegrænserkredsløbet til modstandsbegrænsningsmetoden, termistor eller NTC (negativ temperaturkoefficient) bruges også i serie med indgangen.
Termistorer har karakteristika for ændret modstandsværdi ved forskellige temperaturer, specielt ved lav temperatur opfører Thermistor sig som en modstand med høj værdi, mens den ved høje temperaturer giver modstand med lav værdi. Denne egenskab bruges til den nuværende begrænsende applikation for Inrush.
Under den første opstart af kredsløbet tilvejebringer NTC modstand med høj værdi, der mindsker indgangsstrømmen. Men under kredsløbet går i steady-state-tilstand, begynder temperaturen i NTC at stige, hvilket yderligere resulterede i lav modstand. NTC er en meget effektiv metode til at kontrollere startstrømmen.
Soft Start- eller Delay-kredsløb
En anden type spændingsregulator DC / DC-omformere bruger blød start- eller forsinkelseskredsløb til at reducere indgangsstrømeffekten. En sådan funktionalitet gør det muligt for os at ændre outputstigningstiden, hvilket effektivt reducerer outputstrømmen, når vi er forbundet med en kapacitiv belastning med høj værdi.
For eksempel tilbyder 1.5A Ultra-LDO TPS742 fra Texas Instruments programmerbar soft-start pin, hvor brugeren kan konfigurere Lineær opstart ved hjælp af en simpel ekstern kondensator. I nedenstående kredsløbsdiagram vises et eksempel på kredsløb af TPS742, hvor soft-start-tiden kan konfigureres ved hjælp af SS-pin ved hjælp af CSS-kondensatoren.
Hvor og hvorfor skal vi overveje Inrush Current Protection Circuit?
Som diskuteret tidligere kræves et kredsløb, hvor kapacitans eller induktans med høj værdi findes, et beskyttelseskredsløb for strøm. Startstrømskredsen stabiliserer det høje strømbehov i kredsløbets startfase. Et startstrømsbegrænserkredsløb begrænser indgangsstrømmen og holder kilden og værtsenheden mere sikker. Fordi en høj indgangsstrøm øger fejlchancerne for kredsløbet, og det skal afvises. Indgangsstrøm er skadelig af følgende årsager-
- Høj startstrøm påvirker kildens strømforsyning.
- Ofte falder høj indgangsstrøm kildespændingen og resulterer i en brownout-nulstilling for mikrokontroller-baserede kredsløb.
- I få tilfælde overskrider strømmen, der tilføres kredsløbet, den maksimale maksimale spænding i belastningskredsløbet, hvilket forårsager permanent skade på belastningen.
- I vekselstrømsmotorer med høj spænding får den høje startstrøm strømafbryderen til at falde eller nogle gange udbrændt.
- PCB-kortets spor er lavet til at bære en bestemt strømværdi. Den høje strøm kan potentielt svække PCB-kortets spor.
Derfor er det vigtigt at tilvejebringe et startstrømsbegrænserkredsløb, hvor indgangskapacitansen er meget høj eller har en stor induktans, for at minimere effekten af startstrøm.
Sådan måles startstrøm:
Den største udfordring ved måling af startstrøm er den hurtige tidsperiode. Startstrøm forekommer i nogle få millisekunder (eller endda mikrosekunder) afhængigt af belastningskapacitansen. Værdien af tidsrummet adskiller sig generelt fra 20-100 millisekunder.
En nemmeste måde er at bruge den dedikerede klemmemåler, der har mulighed for at måle startstrømmen. Måleren udløses af den høje strøm og tager flere prøver for at få den maksimale startstrøm.
En anden metode er at bruge et højfrekvent oscilloskop, men denne proces er lidt vanskelig. Man skal bruge en shuntmodstand med meget lav værdi og kræver to kanaler for at forbinde på tværs af shuntmodstanden. Ved at bruge de forskellige funktioner i disse to sonder kan man få den maksimale spidsstrøm. Man skal være forsigtig, når man tilslutter GND-sonden, den forkerte forbindelse over modstanden kan føre til kortslutning. GND skal tilsluttes på tværs af kredsløbet GND. Billedet nedenfor er gengivelsen af den ovennævnte teknik.
Faktorer, du skal overveje, når du designer et indgangsstrømbeskyttelseskredsløb:
Nogle forskellige faktorer og specifikationer er nødvendige for at blive taget i betragtning, før du vælger den nuværende begrænsningsmetode. Her er en liste over få vigtige parametre -
1. Kapacitansværdien af belastningen
Belastningens kapacitans er væsentlige parametre for at vælge specifikationen for startstrømsbegrænsningskredsløb. Høj kapacitans kræver en høj forbigående strøm under opstart. I et sådant tilfælde kræves et effektivt blødstartkredsløb.
2. Steady-state nuværende vurdering
Steady-state strøm er en enorm faktor for strømbegrænserens effektivitet. For eksempel kan den høje steady-state strøm føre til øget temperatur og dårlig effektivitet, hvis modstandsgrænsemetoden anvendes. NTC-baseret strømbegrænsningskredsløb kan være et valg.
3. Skiftetid
Hvor hurtigt belastningen tændes eller slukkes i løbet af en given tidsramme, er en anden parameter til at vælge indgangsstrømbegrænsningsmetoden. For eksempel, hvis til- / frakoblingstiden er meget hurtig, kunne NTC ikke beskytte kredsløbet mod indgangsstrøm. Fordi NTC efter en første cyklus-nulstilling ikke køles ned, hvis belastningskredsløbet slukkes og tændes på meget kort tid. derfor kunne den oprindelige startmodstand ikke øges, og startstrømmen bliver omgået gennem NTC.
4. Drift med lav spænding og lav strøm
I specifikke tilfælde, hvis strømkilden og belastningen findes i det samme kredsløb under kredsløbsdesign, er det klogere at bruge spændingsregulator eller LDO'er med softstart-facilitet til at reducere indgangsstrømmen. I et sådant tilfælde er applikationen en lavspændings applikation med lav strøm.