- Hva er Inrush Current?
- Hva forårsaker innstrømningsstrøm i en enhet?
- Innstrømningsbeskyttelseskretser - Typer
- Myk start- eller forsinkelseskrets
- Hvor og hvorfor må vi vurdere Inrush Current Protection Circuit?
- Hvordan måle startstrøm:
- Faktorer du bør vurdere når du designer en innstrømningsbeskyttelseskrets:
Holdbarheten og påliteligheten til en elektronisk krets er veldig avhengig av hvor godt den er designet med tanke på alle odds, som praktisk talt kan oppstå når produktet faktisk er i bruk. Dette gjelder spesielt for alle strømforsyningsenheter som AC-DC-omformere eller SMPS-kretser fordi de er koblet direkte til strømnettet og en varierende belastning som gjør dem utsatt for overspenninger, spenningsspisser, overbelastning osv. Dette er grunnen til at designere inkluderer mange typer beskyttelseskretser i sitt design, har vi allerede dekket mange populære beskyttelseskretser, nemlig
- Overspenningsbeskyttelse
- Overstrømbeskyttelse
- Omvendt polaritetsbeskyttelse
- Beskyttelse mot skuddkrets
Vi har tidligere diskutert Inrush-strøm, i denne artikkelen vil vi diskutere hvordan du designer en innløpsstrømbegrenserkrets, for å beskytte strømforsyningsdesignene dine mot innstrømningsstrømmer. Vi vil først forstå hva inngangsstrømmen er og grunnen til at den genereres. Deretter vil vi diskutere de forskjellige typene kretsdesign som kan brukes til å beskytte innstrømningsstrømmen og til slutt avslutte med noen tips for å beskytte enheten mot innstrømningsstrøm. Så la oss komme i gang.
Hva er Inrush Current?
Som navnet antyder, indikerer begrepet "innstrømningsstrøm" at når en enhet slås på i løpet av den innledende fasen, strømmer det enormt mye strøm inn i kretsen. Per definisjon kan den defineres som den maksimale øyeblikkelige inngangsstrømmen som trekkes av en elektrisk enhet når den slås på. Denne oppførselen kan observeres godt i vekselstrømsinduktive belastninger som transformatorer og motorer, hvor innstrømningsverdien normalt vil være tjue eller tretti ganger mer enn de nominelle verdiene. Selv om verdien av innstrømningsstrømmen er veldig høy, oppstår den bare i noen få millisekunder eller mikrosekunder, og kan derfor ikke merkes uten en meter. Startstrøm kan også kalles som inngangsstrøm eller innkoblingsstrømnåværende basert på bekvemmelighet. Siden dette fenomenet er mer med vekselstrømsbelastninger, brukes vekselstrømbegrensere for vekselstrøm mer enn dets likestrømsmotstykke.
Hver krets trekker strøm fra en kilde, avhengig av kretsens tilstand. La oss anta en krets som har tre tilstander, det vil si inaktiv tilstand, normal arbeidstilstand og maksimal arbeidstilstand. I inaktiv tilstand vurderer kretsen 1mA strøm, i normal arbeidstilstand trekker kretsen 500mA strøm og i maksimal arbeidstilstand kan den trekke 1000mA eller 1A strøm. Derfor, hvis kretsen hovedsakelig fungerer i normal tilstand, kan vi si at 500mA er jevnstrømmen for kretsen, mens 1A er toppstrømmen trukket av kretsen.
Dette er ganske sant, lett å jobbe med og enkel matte. Men, som fortalt tidligere, eksisterer det en annen tilstand der strømmen trukket av kretsen kan være 20 eller til og med 40 ganger større enn steady-state-strømmen. Det er den opprinnelige tilstanden eller strømmen på kretsstadiet. Nå, hvorfor blir denne høye strømmen plutselig trukket av kretsen da den er vurdert for bruk med lav strøm? Slik som forrige eksempel, 1mA til 1000mA.
Hva forårsaker innstrømningsstrøm i en enhet?
For å svare på spørsmålene må vi komme inn i magnetikken til induktor- og motorspoler, men for å starte, la oss vurdere det, det er som å flytte et stort skap eller trekke en bil, i utgangspunktet trenger vi høy energi, men når ting begynner å bevege seg, ble det lettere. Nøyaktig det samme skjer inne i en krets. Nesten alle kretser, spesielt strømforsyninger, bruker kondensatorer og induktorer, chokes og transformatorer med stor verdi (som er en enorm induktor) som alle trekker en enorm startstrøm for å utvikle det magnetiske eller elektriske feltet som kreves for deres drift. Dermed gir inngangen til kretsen plutselig en lav motstandsbane (impedans) som tillater en stor strømverdi å strømme inn i kretsen.
Kondensatorer og induktorer oppfører seg annerledes når de er i fulladet tilstand eller utladningstilstand. For eksempel fungerer en kondensator når den er i fullstendig utladet tilstand som en kortslutning på grunn av den lave impedansen, mens en fulladet kondensator glatter ut likestrømmen hvis den er koblet til som en filterkondensator. Det er imidlertid et veldig lite tidsrom; på få millisekunder blir kondensatoren ladet. Du kan også lese om ESR- og ESL-verdiene til en kondensator for å bedre forstå hvordan den fungerer i en krets.
På den andre siden genererer transformatorer, motorer og induktorer (alle spolerelaterte ting) tilbake emf under oppstart, og krever også veldig høy strøm under ladetilstanden. Normalt er det få strømsykluser som kreves for å stabilisere inngangsstrømmen til en jevn tilstand. Du kan også lese om DCR-verdi i induktoren for å bedre forstå hvordan induktorer fungerer i en krets.
På bildet ovenfor vises en gjeldende vs. tidsgraf. Tiden vist i millisekunder, men det kan også være i mikrosekunder. Imidlertid, under oppstart, begynner den nåværende økningen og den maksimale toppstrømmen er 6A. Det er inngangsstrømmen som eksisterer i veldig kort tid. Men etter innstrømningsstrømmen blir strømmen stabil til en verdi av.5A eller i 500mA. Dette er kretsens steady-state strøm.
Derfor, når inngangsspenningen påføres strømforsyningen eller i en krets som har veldig høy kapasitans eller induktans eller begge deler, oppstår innstrømningsstrøm. Denne startstrømmen, som vist i startstrømgrafen, blir veldig høy for å føre til at inngangsbryteren smelter eller sprenges.
Innstrømningsbeskyttelseskretser - Typer
Det er mange metoder for å beskytte enheten mot inngangsstrøm, og forskjellige komponenter er tilgjengelige for å beskytte kretsen mot inngangsstrøm. Her er listen over effektive metoder for å overvinne innstrømningsstrøm-
Motstandsgrensemetode
Det er to måter å designe innstrømningsbegrensere ved å bruke motstandsgrensemetoden. Den første er å legge til en seriemotstand for å redusere strømmen i kretsledningen, og den andre er å bruke ledningsfilterimpedans i vekselstrømsforsyningsinngang.
Men denne metoden er ikke en effektiv måte å legge til over en høy utgangsstrømkrets. Årsaken er åpenbar fordi den inkluderer motstand. Den innkoblingsstrøm motstanden blir varmet opp under normal drift, og som reduserer virkningsgraden. Motstandseffekten avhenger av applikasjonskravet, varierer vanligvis mellom 1W og 4W.
Termistor eller NTC-basert strømbegrenser
T- hermistor er en temperaturkoblet motstand som endrer motstand avhengig av temperaturen. I en NTC- inngang ligner strømbegrenserkretsen motstandsbegrensningsmetoden. Termistor eller NTC (negativ temperaturkoeffisient) brukes også i serie med inngangen.
Termistorer har karakteristikker av endret motstandsverdi ved forskjellige temperaturer, spesielt ved lav temperatur oppfører Thermistor seg som en motstand med høy verdi, mens det ved høye temperaturer gir motstand med lav verdi. Denne egenskapen brukes til Inrush nåværende begrensningsapplikasjon.
Under den første oppstart av kretsen gir NTC motstand med høy verdi som reduserer innstrømningsstrømmen. Men under kretsløpet går i stabil tilstand, begynner temperaturen på NTC å øke, noe som ytterligere resulterte i lav motstand. NTC er en veldig effektiv metode for å kontrollere innstrømningsstrømmen.
Myk start- eller forsinkelseskrets
Ulike typer spenningsregulator DC / DC-omformere bruker myk start- eller forsinkelseskrets for å redusere innstrømningseffekten. En slik type funksjonalitet gjør det mulig for oss å endre utgangstiden som effektivt reduserer utgangsstrømmen når vi er koblet til en kapasitiv belastning med høy verdi.
For eksempel tilbyr 1.5A Ultra-LDO TPS742 fra Texas Instruments programmerbar mykstartpinne der brukeren kan konfigurere Lineær oppstart ved hjelp av en enkel ekstern kondensator. I kretsdiagrammet nedenfor vises et eksempel på krets av TPS742 der mykstarttiden kan konfigureres ved hjelp av SS-pinnen ved bruk av CSS-kondensatoren.
Hvor og hvorfor må vi vurdere Inrush Current Protection Circuit?
Som diskutert tidligere, er kretsen der kapasitans eller induktans med høy verdi eksisterer, en innstrømningsbeskyttelseskrets nødvendig. Startstrømkretsen stabiliserer det høye strømbehovet i den første startfasen av kretsen. En startstrømbegrenserkrets begrenser inngangsstrømmen og holder kilden og vertenheten tryggere. Fordi en høy innstrømningsstrøm øker feilsjansene for kretsen, og det må avvises. Innstrømningsstrøm er skadelig av følgende årsaker-
- Høy inngangsstrøm påvirker kildestrømforsyningen.
- Ofte faller høy inngangsstrøm kildespenningen ned og resulterer i en tilbakestilling av brownout for mikrokontroller-baserte kretser.
- I få tilfeller kommer strømmen som tilføres kretsen ut over den akseptable maksimale spenningen til belastningskretsen, og forårsaker permanent skade på belastningen.
- I høyspennings vekselstrømsmotorer fører den høye innstrømningsstrømmen til at strømbryteren utløses eller noen ganger brenner ut.
- PCB-kortets spor er laget for å bære en bestemt strømverdi. Den høye strømmen kan potensielt svekke PCB-kortets spor.
Derfor, for å minimere effekten av inngangsstrøm, er det viktig å tilveiebringe en inngangsstrømbegrenserkrets der inngangskapasitansen er veldig høy eller har stor induktans.
Hvordan måle startstrøm:
Den viktigste utfordringen med å måle innstrømmen er den raske tidsspennet. Startstrøm oppstår i noen få millisekunder (eller til og med mikrosekunder) avhengig av lastekapasitansen. Verdien på tidsperioden er generelt forskjellig fra 20-100 millisekunder.
En enkleste måte er å bruke den dedikerte klemmemåleren som har muligheten til å måle innstrømmen. Måleren blir utløst av høy strøm og tar flere prøver for å få maksimal innstrøm.
En annen metode er å bruke et høyfrekvent oscilloskop, men denne prosessen er litt vanskelig. Man trenger å bruke en shuntmotstand med veldig lav verdi og krever to kanaler for å koble seg over shuntmotstanden. Ved å bruke de forskjellige funksjonene til disse to sonder kan man få maksimal toppstrøm. Man må være forsiktig når man kobler til GND-sonden, feil tilkobling over motstanden kan føre til kortslutning. GND må kobles over kretsen GND. Bildet nedenfor er representasjonen av den ovennevnte teknikken.
Faktorer du bør vurdere når du designer en innstrømningsbeskyttelseskrets:
Noen forskjellige faktorer og spesifikasjoner er nødvendige for å bli tatt med i kontoen før du velger den innledende strømbegrensningsmetoden. Her er en liste over få viktige parametere -
1. Kapasitansverdien til lasten
Kapasitansen til lasten er viktige parametere for å velge spesifikasjon for innstrømningsbegrensningskrets. Høy kapasitans krever høy forbigående strøm under oppstart. For et slikt tilfelle kreves en effektiv myk startkrets.
2. Steady-state gjeldende vurdering
Steady-state strøm er en stor faktor for effektiviteten til strømbegrenseren. For eksempel kan den høye jevnstrømmen føre til økt temperatur og dårlig effektivitet hvis motstandsgrensemetoden brukes. NTC-basert strømbegrensningskrets kan være et valg.
3. Skiftetid
Hvor raskt belastningen kommer av eller på i løpet av en gitt tidsramme er en annen parameter for å velge innstrømningsbegrensningsmetoden. For eksempel, hvis inn- / utkoblingstiden er veldig rask, kunne ikke NTC beskytte kretsen mot innstrøm. Fordi, etter en første syklus tilbakestilling, blir ikke NTC avkjølt hvis belastningskretsen blir slått av og på på veldig kort tid. Derfor kunne den opprinnelige startmotstanden ikke økes, og innstrømningsstrømmen blir omgått gjennom NTC.
4. Drift med lav spenning og lav strøm
I spesifikke tilfeller, hvis strømkilden og belastningen eksisterer i samme krets, er det klokere å bruke spenningsregulator eller LDO med mykstart for å redusere innstrømmen. I et slikt tilfelle er applikasjonen en applikasjon med lav spenning med lav strøm.