- Що таке пусковий струм?
- Що викликає струм пуску в пристрої?
- Схеми захисту від пускового струму - типи
- Плавний ланцюг або схема затримки
- Де і чому нам потрібно розглянути схему захисту струму пускового струму?
- Як виміряти пусковий струм:
- Фактори, які слід враховувати при розробці схеми захисту від пускового струму:
Довговічність та надійність електронної схеми сильно залежать від того, наскільки вона спроектована з урахуванням усіх шансів, які можуть практично виникнути, коли виріб фактично використовується. Це особливо актуально для всіх блоків живлення, таких як перетворювачі змінного струму або схеми SMPS, оскільки вони підключені безпосередньо до мережі змінного струму та різного навантаження, що робить їх сприйнятливими до перенапруг, стрибків напруги, перевантажень тощо. Ось чому дизайнери включають багато типів схем захисту в їх конструкції, ми вже охопили багато популярних схем захисту, а саме
- Захист від перенапруги
- Захист від струму
- Захист від зворотної полярності
- Захист від пострілу
Ми раніше обговорювали пусковий струм, у цій статті ми обговоримо, як розробити схеми обмежувачів пускового струму, щоб захистити ваші конструкції джерела живлення від пускових струмів. Спочатку ми зрозуміємо, що таке пусковий струм і причина, по якій він генерується. Потім ми обговоримо різні типи конструкцій схем, які можна використовувати для захисту пускового струму, і, нарешті, закінчимо кількома порадами щодо захисту пристрою від пускового струму. Отже, давайте почнемо.
Що таке пусковий струм?
Як випливає з назви, термін "пусковий струм" означає, що при включенні пристрою на початковій стадії в ланцюг надходить величезна кількість струму. За визначенням його можна визначити як максимальний миттєвий вхідний струм, що спрацьовує електричним пристроєм при його включенні. Цю поведінку можна добре спостерігати в індуктивних навантаженнях змінного струму, таких як трансформатори та двигуни, де значення пускового струму зазвичай в двадцять або тридцять разів перевищує номінали. Навіть якщо значення пускового струму дуже велике, воно відбувається лише протягом декількох мілісекунд або мікросекунд, отже, його не можна помітити без лічильника. Пусковий струм також можна назвати вхідним стрибковим струмом або ввімкненим стрибком струмуструм на основі зручності. Оскільки це явище більше для навантажень змінного струму, обмежувач струму пускового струму змінного струму використовується більше, ніж його аналог постійного струму.
Кожна схема забирає струм від джерела залежно від стану ланцюга. Припустимо, схема, яка має три стани, тобто режим очікування, нормальний робочий стан та максимальний робочий стан. В режимі очікування схема розраховує 1мА струму, в нормальному робочому стані схема тягне 500мА струму, а в максимальному робочому стані може отримувати 1000мА або 1А струму. Отже, якщо схема в основному працює в нормальному стані, ми можемо сказати, що 500 мА - це стаціонарний струм для ланцюга, тоді як 1А - піковий струм, що вводиться ланцюгом.
Це досить вірно, з ним легко працювати та простою математикою. Але, як вже було сказано раніше, існує інший стан, коли струм, що подається ланцюгом, може бути в 20, а то і в 40 разів більшим за стаціонарний струм. Це початковий стан або потужність на каскаді ланцюга. Тепер, чому цей сильний струм раптово втягується ланцюгом, оскільки він розрахований на низький струм? Такі, як у попередньому прикладі, від 1 мА до 1000 мА.
Що викликає струм пуску в пристрої?
Щоб відповісти на запитання, нам потрібно потрапити в магнетизм котушок індуктивності та двигуна, але для початку давайте розглянемо це, це все одно, що рухати величезну шафу або тягнути машину, спочатку нам потрібна велика енергія, але коли речі починають рухатися, це стало легше. Точно те саме відбувається і всередині ланцюга. Майже в кожному ланцюзі, особливо в джерелах живлення, використовуються конденсатори та індуктори великої величини, дроселі та трансформатори (величезна індуктивність), усі вони набирають величезний початковий струм для розвитку магнітного або електричного поля, необхідного для їх роботи. Таким чином, вхід ланцюга раптово забезпечує низький опір (імпеданс), що дозволяє великій кількості струму надходити в ланцюг.
Конденсатори та котушки індуктивності поводяться по-різному, коли вони перебувають у повністю зарядженому стані або розряді. Наприклад, конденсатор, коли він знаходиться в повністю розрядженому стані, діє як коротке замикання через низький імпеданс, тоді як повністю заряджений конденсатор згладжує постійний струм, якщо підключений як конденсатор фільтра. Однак це дуже малий проміжок часу; за кілька мілісекунд конденсатор заряджається. Ви також можете прочитати про значення ESR та ESL конденсатора, щоб краще зрозуміти, як він працює в ланцюзі.
З іншого боку, трансформатори, двигуни та індуктори (всі пов'язані з котушками речовини) генерують зворотну ЕРС під час запуску, а також вимагають дуже високого струму під час заряду. Зазвичай для стабілізації вхідного струму до стійкого стану потрібно декілька циклів струму. Ви також можете прочитати про значення DCR в дроселі, щоб краще зрозуміти, як працюють дроселі в ланцюзі.
На зображенні вище показано графік поточного часу. Час відображається в мілісекундах, але це може бути і в мікросекундах. Однак під час запуску струм запуску збільшується, а максимальний піковий струм становить 6А. Саме пусковий струм існує дуже короткий проміжок часу. Але після пускового струму потік струму стає стабільним при значенні.5A або в 500mA. Це стаціонарний струм ланцюга.
Отже, коли вхідна напруга подається на джерело живлення або в ланцюг, що має дуже високу ємність або індуктивність або і те, і інше, виникає пусковий струм. Цей початковий струм, як показано на графіку пускового струму, стає дуже високим, що спричиняє плавлення або роздування вхідного перемикача.
Схеми захисту від пускового струму - типи
Існує багато методів захисту пристрою від пускового струму, і доступні різні компоненти для захисту ланцюга від пускового струму. Ось список ефективних методів подолання пускового струму -
Метод обмеження резистора
Існує два способи проектування обмежувача пускового струму за допомогою методу обмеження резистора. Перший - додати послідовний резистор для зменшення поточного струму в ланцюзі ланцюга, а другий - використовувати імпеданс лінійного фільтра на вході змінного струму.
Але цей метод не є ефективним способом додавання через ланцюг високого вихідного струму. Причина очевидна, оскільки вона включає опір. Пусковий струм резистор нагрівається під час нормальної роботи і знижує ефективність. Потужність резистора залежить від вимог до застосування, як правило, від 1 Вт до 4 Вт.
Термістор або обмежувач струму на основі NTC
Гермістор T - це терморезистор, який змінює опір залежно від температури. У пуску NTC ланцюг обмежувача струму схожий на метод обмеження резистора. Термістор або NTC (коефіцієнт негативної температури) також використовуються послідовно з входом.
Термістори мають характеристики зміненого значення опору при різних температурах, зокрема, при низькій температурі Термістор поводиться як високоцінний резистор, тоді як при високих температурах він забезпечує низькозначний опір. Ця властивість використовується для програми обмеження струму Inrush.
Під час початкового запуску ланцюга NTC забезпечує високий опір, який зменшує потік пускового струму. Але коли ланцюг переходить у стаціонарний стан, температура NTC починає зростати, що в подальшому призводить до низького опору. NTC є дуже ефективним методом контролю пускового струму.
Плавний ланцюг або схема затримки
Різні типи перетворювачів постійного / постійного струму регулятора напруги використовують схему плавного пуску або затримки для зменшення ефекту пускового струму. Такий тип функціональних можливостей дозволяє нам змінювати час зростання вихідного сигналу, що ефективно зменшує вихідний струм при підключенні до великої ємнісної навантаження.
Наприклад, 1.5A Ultra-LDO TPS742 від Texas Instruments пропонує програмований штифт плавного запуску, де користувач може налаштувати Linear Start Up за допомогою простого зовнішнього конденсатора. На наведеній нижче схемі схеми показаний приклад схеми TPS742, де час плавного пуску можна налаштувати за допомогою виводу SS за допомогою конденсатора CSS.
Де і чому нам потрібно розглянути схему захисту струму пускового струму?
Як обговорювалося раніше, для схеми, де існує велика ємність або індуктивність, необхідна схема захисту від пускового струму. Схема пускового струму стабілізує високі вимоги до струму на початковій стартовій стадії ланцюга. Схема обмежувача пускового струму обмежує вхідний струм і забезпечує безпеку джерела та головного пристрою. Оскільки високий пусковий струм збільшує шанси виходу з ладу схеми, і це потрібно відхилити. Пусковий струм шкідливий з наступних причин:
- Високий пусковий струм впливає на джерело живлення.
- Часто високий пусковий струм падає напругу джерела і призводить до скидання відключення для схем на основі мікроконтролера.
- У деяких випадках кількість струму, що подається в ланцюг, перевищує допустиму максимальну напругу ланцюга навантаження, що спричинює постійне пошкодження навантаження.
- У двигунах змінного струму високої напруги високий пусковий струм змушує спрацьовувати вимикач живлення або іноді згоряти.
- Сліди плати друкованої плати зроблені для передачі певного значення струму. Сильний струм може потенційно послабити сліди друкованої плати.
Тому, щоб мінімізувати вплив пускового струму, важливо забезпечити схему обмежувача пускового струму, де вхідна ємність дуже висока або має велику індуктивність.
Як виміряти пусковий струм:
Основна проблема вимірювання пускового струму - це швидкий проміжок часу. Пусковий струм виникає протягом декількох мілісекунд (або навіть мікросекунд) залежно від ємності навантаження. Значення часового проміжку зазвичай відрізняється від 20-100 мілісекунд.
Одним з найпростіших способів є використання спеціального затискача, який має можливість вимірювати пусковий струм. Вимірювач спрацьовує від сильного струму і бере кілька зразків, щоб отримати максимальний пусковий струм.
Іншим методом є використання високочастотного осцилографа, але цей процес трохи складний. Потрібно використовувати дуже малоцінний шунтуючий резистор і потрібно два канали для підключення через шунтуючий резистор. Використовуючи різні функції цих двох зондів, можна отримати максимальний піковий струм. Потрібно бути обережним під час підключення датчика GND, неправильне підключення резистора може призвести до короткого замикання. GND потрібно підключити через ланцюг GND. Нижче зображення - зображення вищезгаданої техніки.
Фактори, які слід враховувати при розробці схеми захисту від пускового струму:
Деякі різні фактори та технічні характеристики необхідні для врахування перед вибором методу обмеження пускового струму. Ось список кількох важливих параметрів -
1. Значення ємності навантаження
Ємність навантаження є важливими параметрами для вибору специфікації ланцюга обмеження пускового струму. Висока ємність вимагає великого перехідного струму під час запуску. Для такого випадку необхідна ефективна схема плавного пуску.
2. Стійкий рейтинг струму
Стаціонарний струм є величезним фактором ефективності обмежувача струму. Наприклад, високий стаціонарний струм може призвести до підвищення температури та низької ефективності, якщо застосовується метод обмеження резистора. Схема обмеження струму на основі NTC може бути вибором.
3. Час перемикання
Швидкість навантаження або вимкнення навантаження протягом певного періоду часу є ще одним параметром для вибору методу обмеження пускового струму. Наприклад, якщо час увімкнення / вимкнення дуже швидкий, то NTC не може захистити схему від пускового струму. Оскільки після першого скидання циклу NTC не охолоджується, якщо ланцюг навантаження вимикається і вмикається за дуже короткий проміжок часу. тому початковий опір запуску не можна було збільшити, а пусковий струм проходить через NTC.
4. Режим низької напруги та слабкого струму
У конкретних випадках під час проектування ланцюга, якщо джерело живлення та навантаження існують всередині однієї і тієї ж схеми, розумніше використовувати регулятор напруги або LDO з плавним пуском для зменшення пускового струму. У такому випадку додаток є низьковольтним додатком низького струму.