- Što je Inrush Current?
- Što uzrokuje Inrush Current u uređaju?
- Zaštitni krugovi od udarne struje - tipovi
- Krug mekog pokretanja ili odgode
- Gdje i zašto trebamo uzeti u obzir strujni krug zaštitne struje?
- Kako izmjeriti potisnu struju:
- Čimbenici koje treba uzeti u obzir prilikom dizajniranja sklopa zaštitne struje od pužnice:
Trajnost i pouzdanost elektroničkog sklopa uvelike ovise o tome koliko je dobro dizajniran uzimajući u obzir sve izglede, koji bi se praktički mogli dogoditi kada je proizvod stvarno u upotrebi. To se posebno odnosi na sve jedinice napajanja poput AC-DC pretvarača ili SMPS krugova jer su oni povezani izravno na izmjeničnu mrežu i različito opterećenje što ih čini osjetljivima na prenaponske napone, skokove napona, preopterećenje itd. Zbog toga dizajneri uključuju Mnoge vrste zaštitnih krugova u njihovom dizajnu već smo pokrili puno popularnih zaštitnih krugova
- Zaštita od prenapona
- Zaštita od prekomjerne struje
- Zaštita od obrnutog polariteta
- Zaštita od strujnog kruga
Prethodno smo razgovarali o ulaznoj struji, u ovom ćemo članku raspravljati o tome kako dizajnirati krugove ograničivača ulazne struje kako bi zaštitili svoje dizajne napajanja od udarnih struja. Prvo ćemo shvatiti što je udarna struja i razlog zašto se generira. Zatim ćemo razgovarati o različitim vrstama dizajna sklopova koji se mogu koristiti za zaštitu udarne struje i na kraju zaključiti s nekoliko savjeta za zaštitu uređaja od udarne struje. Dakle, krenimo.
Što je Inrush Current?
Kao što naziv sugerira, pojam "potisna struja" ukazuje na to da kad se uređaj uključi tijekom početne faze, ogromna količina struje nadire u krug. Po definiciji se može definirati kao maksimalna trenutna ulazna struja koju povuče električni uređaj kad je uključen. Ovo se ponašanje može dobro uočiti kod induktivnih opterećenja izmjenične struje poput Transformatora i motora, gdje će vrijednost početne struje obično biti dvadeset ili trideset puta veća od nominalnih vrijednosti. Iako je vrijednost udarne struje vrlo visoka, javlja se samo nekoliko milisekundi ili mikrosekundi, pa se bez metra ne može primijetiti. Udarna struja može se nazvati i ulaznom prenaponskom strujom ili preusmjeravanjemstruja na temelju praktičnosti. Budući da je ovaj fenomen više kod izmjeničnih opterećenja, ograničivač izmjenične struje više se koristi od istosmjernog napona.
Svaki krug crpi struju iz izvora, ovisno o stanju kruga. Pretpostavimo krug koji ima tri stanja, to je stanje mirovanja, normalno radno stanje i maksimalno radno stanje. U praznom hodu uzmite u obzir da krug crpi 1mA struje, u normalnom radnom stanju krug vuče 500mA struje, a u maksimalnom radnom stanju može vući 1000mA ili 1A struje. Stoga, ako krug uglavnom radi u normalnom stanju, možemo reći da je 500 mA stacionarna struja kruga, dok je 1A vršna struja koju vuče krug.
To je prilično točno, lako se radi i jednostavna matematika. Ali, kao što je ranije rečeno, postoji još jedno stanje u kojem struja koju vuče krug može biti 20 ili čak 40 puta veća od ustaljene struje. To je početno stanje ili snaga na stupnju kruga. E sad, zašto krug odjednom povlači ovu jaku struju jer je predviđen za primjenu slabe struje? Kao što je prethodni primjer, 1mA do 1000mA.
Što uzrokuje Inrush Current u uređaju?
Da bismo odgovorili na pitanja, moramo ući u magnetiku zavojnica induktora i motora, ali za početak uzmimo u obzir da je to poput premještanja ogromnog ormara ili vuče automobila, u početku trebamo visoku energiju, ali kako se stvari počinju kretati lakše. Potpuno ista stvar događa se unutar sklopa. Gotovo svaki sklop, posebno napajanja, koristi kondenzatore i prigušnice, prigušnice i transformatore (ogromne prigušnice) velike vrijednosti, koji svi povlače ogromnu početnu struju za razvoj magnetskog ili električnog polja potrebnog za njihov rad. Stoga ulaz kruga odjednom pruža put s malim otporom (impedancijom) koji omogućuje da velika struja struji u krug.
Kondenzatori i prigušnice ponašaju se drugačije kada su u potpuno napunjenom stanju ili stanju pražnjenja. Na primjer, kondenzator u potpuno praznom stanju djeluje kao kratki spoj zbog male impedancije, dok potpuno napunjeni kondenzator zaglađuje jednosmjernu struju ako je spojen kao filtar. Međutim, to je vrlo mali vremenski raspon; u nekoliko milisekundi kondenzator se napuni. Također možete pročitati o ESR i ESL vrijednostima kondenzatora da biste bolje razumjeli kako on radi u krugu.
S druge strane, transformatori, motori i prigušnice (sve povezane s zavojnicom) stvaraju povratnu emf tijekom pokretanja, također zahtijevaju vrlo visoku struju tijekom stanja punjenja. Uobičajeno je potrebno nekoliko strujnih ciklusa za stabilizaciju ulazne struje u stabilno stanje. Također možete pročitati o DCR vrijednosti u induktoru da biste bolje razumjeli kako induktori rade u krugu.
Na gornjoj slici prikazan je graf trenutne i vremenske građe. Vrijeme prikazano u milisekundama, ali to može biti i u mikrosekundama. Međutim, tijekom pokretanja trenutni start se povećava i maksimalna vršna struja je 6A. To je udarna struja koja postoji vrlo kratko vrijeme. Ali nakon udarne struje, strujni tok postaje stabilan na vrijednosti od 0,5 A ili 500 mA. Ovo je stacionarna struja kruga.
Stoga, kada se ulazni napon primijeni na napajanje ili u krugu koji ima vrlo visoku kapacitivnost ili induktivnost ili oboje, dolazi do udarne struje. Ova početna struja, kako je prikazano na grafikonu potisne struje, postaje vrlo visoka da uzrokuje topljenje ili puhanje ulazne sklopke.
Zaštitni krugovi od udarne struje - tipovi
Postoji mnogo metoda za zaštitu uređaja od udarne struje, a dostupne su različite komponente za zaštitu kruga od udarne struje. Ovdje je popis učinkovitih metoda za prevladavanje napona struje-
Metoda ograničenja otpornika
Postoje dva načina za dizajniranje graničnika pužne struje primjenom metode graničnog otpora. Prvi je dodavanje serijskog otpora za smanjenje struje struje u liniji kruga, a drugi je upotreba impedancije linijskog filtra u ulazu omjenične struje.
Ali ova metoda nije učinkovit način dodavanja preko kruga velike izlazne struje. Razlog je očit jer uključuje otpor. Uklopna struja otpornika dobiva zagrijana za vrijeme normalnog rada i smanjuje učinkovitost. Snaga otpornika ovisi o zahtjevu za primjenom, obično se kreće između 1W i 4W.
Termistor ili ograničivač struje na bazi NTC-a
T hermistor je temperaturno spojeni otpornik koji mijenja otpor ovisno o temperaturi. U NTC nagonu krug ograničenja struje sličan je metodi ograničavanja otpornika, termistor ili NTC (negativni temperaturni koeficijent) također se koriste u seriji s ulazom.
Termistori imaju karakteristike promijenjene vrijednosti otpora na različitim temperaturama, posebno na niskim temperaturama. Termistor se ponaša kao otpor velike vrijednosti, dok na visokim temperaturama pruža otpor male vrijednosti. Ovo se svojstvo koristi za aplikaciju ograničenja struje Inrush.
Tijekom početnog pokretanja kruga, NTC pruža otpor velike vrijednosti koji smanjuje protok udarne struje. No, dok krug prelazi u stabilno stanje, temperatura NTC-a počinje se povećavati što je nadalje rezultiralo malim otporom. NTC je vrlo učinkovita metoda upravljanja udarnom strujom.
Krug mekog pokretanja ili odgode
Različiti tipovi pretvarača istosmjerne i istosmjerne struje regulatora napona koriste krug mekog pokretanja ili kašnjenja kako bi se smanjio efekt udarne struje. Takva vrsta funkcionalnosti omogućuje nam promjenu vremena porasta izlaza što učinkovito smanjuje izlaznu struju kada je spojen na kapacitivno opterećenje velike vrijednosti.
Na primjer, 1.5A Ultra-LDO TPS742 tvrtke Texas Instruments nudi programabilni pin za meko pokretanje gdje korisnik može konfigurirati linearno pokretanje pomoću jednostavnog vanjskog kondenzatora. Na donjem shematskom dijagramu prikazan je primjer sklopa TPS742 gdje se vrijeme laganog pokretanja može konfigurirati pomoću SS pina pomoću CSS kondenzatora.
Gdje i zašto trebamo uzeti u obzir strujni krug zaštitne struje?
Kao što je prethodno spomenuto, za krug u kojem postoje kapacitivnost ili induktivitet velike vrijednosti potreban je krug zaštite od potisne struje. Krug udarne struje stabilizira zahtjev za velikom strujom u početnom početnom stupnju kruga. Sklop ograničenja ulazne struje ograničava ulaznu struju i osigurava sigurnost izvora i glavnog računala. Budući da velika udarna struja povećava šanse za kvar u krugu i to treba odbiti. Udarna struja je štetna iz sljedećih razloga -
- Velika udarna struja utječe na napajanje izvora.
- Često visoka udarna struja padne napon izvora i rezultira resetiranjem isključenja za sklopove temeljene na mikrokontroleru.
- U nekoliko slučajeva količina struje koja se dovodi u krug prelazi prihvatljivi maksimalni napon kruga opterećenja, što uzrokuje trajna oštećenja opterećenja.
- U visokonaponskim motorima naizmjenične struje, velika potisna struja uzrokuje prekidanje prekidača napajanja ili ponekad izgaranje.
- Tragovi PCB ploče napravljeni su da nose određenu vrijednost struje. Velika struja mogla bi potencijalno oslabiti tragove ploče s PCB-om.
Stoga je, kako bi se utjecaj udarne struje sveo na najmanju moguću mjeru, osigurati krug ograničavača udarne struje u kojem je ulazni kapacitet vrlo velik ili ima veliku induktivnost.
Kako izmjeriti potisnu struju:
Glavni izazov mjerenja udarne struje je brz vremenski raspon. Udarna struja javlja se nekoliko milisekundi (ili čak mikrosekundi), ovisno o nosivosti. Vrijednost vremenskog raspona uglavnom se razlikuje od 20-100 milisekundi.
Najjednostavniji način je koristiti namjenski mjerač stezaljki koji ima mogućnost mjerenja udarne struje. Brojilo aktivira velika struja i uzima više uzoraka kako bi se dobila maksimalna udarna struja.
Druga metoda je uporaba visokofrekventnog osciloskopa, ali ovaj je postupak pomalo lukav. Treba upotrijebiti vrlo male vrijednosti ranžirni otpornik i potrebna su mu dva kanala za spajanje preko ranžirnog otpora. Korištenjem različitih funkcija ove dvije sonde može se dobiti maksimalna vršna struja. Treba biti oprezan dok spajate sondu GND, pogrešan spoj preko otpornika mogao bi dovesti do kratkog spoja. GND mora biti povezan preko kruga GND. Slika dolje predstavlja prikaz gore spomenute tehnike.
Čimbenici koje treba uzeti u obzir prilikom dizajniranja sklopa zaštitne struje od pužnice:
Potrebno je uzeti u obzir neke različite čimbenike i specifikacije prije odabira metode ograničavanja ulazne struje. Evo popisa nekoliko bitnih parametara -
1. Vrijednost kapacitivnosti tereta
Kapacitet opterećenja ključni su parametri za odabir specifikacije kruga ograničenja udarne struje. Veliki kapacitet zahtijeva veliku prijelaznu struju tijekom pokretanja. U takvom slučaju potreban je učinkovit krug mekog pokretanja.
2. Naponska struja
Stacionarna struja je ogroman faktor za učinkovitost ograničenja struje. Na primjer, visoka stacionarna struja može dovesti do povećane temperature i slabe učinkovitosti ako se koristi granična metoda otpornika. NTC krug za ograničavanje struje može biti izbor.
3. Vrijeme prebacivanja
Koliko brzo se opterećenje uključuje ili isključuje tijekom određenog vremenskog okvira, drugi je parametar za odabir metode ograničavanja ulazne struje. Na primjer, ako je vrijeme uključivanja / isključivanja vrlo brzo, NTC ne može zaštititi krug od udarne struje. Jer, nakon prvog resetiranja ciklusa, NTC se ne hladi ako se krug opterećenja isključi i uključi u vrlo kratkom vremenskom rasponu. stoga se početni otpor pri pokretanju nije mogao povećati, a udarna struja zaobilazi se kroz NTC.
4. Niskonaponski i slabostrujni rad
U određenim slučajevima, tijekom dizajna sklopa, ako izvor napajanja i opterećenje postoje unutar istog kruga, pametnije je koristiti regulator napona ili LDO-ove s uređajem za meki start kako bi se smanjila udarna struja. U takvom slučaju aplikacija je niskonaponska niskonaponska aplikacija.