Arus masuk - sebab, kesan, litar perlindungan dan teknik reka bentuk

Ketahanan dan kebolehpercayaan litar elektronik sangat bergantung pada seberapa baik ia dirancang dengan mempertimbangkan semua kemungkinan, yang secara praktikal dapat terjadi ketika produk tersebut sebenarnya digunakan. Hal ini berlaku terutamanya untuk semua unit bekalan kuasa seperti Penukar AC-DC, atau Litar SMPS kerana ia disambungkan terus ke sesalur AC dan beban yang berbeza-beza yang menjadikannya rentan terhadap voltan berlebihan, lonjakan voltan, beban berlebihan, dll. Inilah sebabnya mengapa pereka termasuk banyak jenis litar Perlindungan dalam reka bentuknya, kami telah merangkumi banyak litar perlindungan yang popular iaitu

Perlindungan Voltan Lebih
Perlindungan Terhadap Semasa
Perlindungan Polariti Terbalik
Perlindungan litar tembakan

Kami sebelum ini membincangkan arus masuk, dalam artikel ini kita akan membincangkan cara merancang litar pembatas arus masuk, untuk melindungi reka bentuk bekalan kuasa anda daripada arus masuk. Kami akan terlebih dahulu memahami apa itu arus masuk dan sebab mengapa ia dihasilkan. Kemudian kita akan membincangkan pelbagai jenis reka bentuk litar yang boleh digunakan untuk melindungi arus masuk dan akhirnya diakhiri dengan beberapa petua untuk melindungi peranti anda daripada arus masuk. Oleh itu, mari kita mulakan.

Apakah Arus Inrush?

Seperti namanya istilah "arus masuk" menunjukkan bahawa ketika sebuah perangkat dihidupkan selama tahap awal sejumlah besar arus mengalir ke litar. Secara definisi, ia boleh didefinisikan sebagai arus masukan seketika maksimum yang ditarik oleh alat elektrik semasa dihidupkan. Tingkah laku ini dapat diperhatikan dengan baik pada beban induktif AC seperti Transformers and Motors, di mana nilai arus masuk biasanya akan dua puluh atau tiga puluh kali lebih banyak daripada nilai nominal. Walaupun nilai arus masuk sangat tinggi, ia berlaku hanya untuk beberapa milisaat atau mikrodetik maka tidak dapat diperhatikan tanpa satu meter. Arus masuk juga boleh disebut sebagai arus lonjakan input atau lonjakan hidupsemasa berdasarkan kemudahan. Oleh kerana fenomena ini lebih banyak dengan beban AC, pembatas arus Inrush AC lebih banyak digunakan berbanding rakan DC.

Setiap litar mengambil arus dari sumber bergantung pada keadaan litar. Mari kita anggap litar yang mempunyai tiga keadaan, iaitu keadaan terbiar, keadaan kerja normal, dan keadaan kerja maksimum. Dalam keadaan tidak berfungsi, litar menarik arus 1mA, dalam keadaan kerja biasa litar menarik arus arus 500mA dan dalam keadaan kerja maksimum ia dapat menarik arus 1000mA atau 1A. Oleh itu, jika litar kebanyakannya berfungsi dalam keadaan normal, kita dapat mengatakan bahawa 500mA adalah arus keadaan tetap untuk litar, sedangkan 1A adalah arus puncak yang ditarik oleh litar.

Ini cukup benar, senang digunakan dan matematik ringkas. Tetapi, seperti yang diberitahu sebelumnya, ada keadaan lain di mana arus yang ditarik oleh litar dapat 20 atau bahkan 40 kali lebih besar daripada arus keadaan mantap. Ini adalah keadaan awal atau daya di pentas litar. Sekarang, mengapa arus tinggi ini tiba-tiba ditarik oleh litar kerana dinilai untuk aplikasi arus rendah? Seperti contoh sebelumnya, 1mA hingga 1000mA.

Apa yang menyebabkan arus masuk dalam peranti?

Untuk menjawab soalan-soalan yang kita harus masuk ke dalam magnet gegelung induktor dan motor, tetapi untuk memulakan mari kita pertimbangkan bahawa, seperti menggerakkan almari besar atau menarik kereta, pada mulanya, kita memerlukan tenaga yang tinggi, tetapi ketika semuanya mulai bergerak, ia menjadi lebih mudah. Perkara yang sama berlaku di dalam litar. Hampir setiap litar, terutamanya bekalan kuasa, menggunakan kapasitor dan induktor nilai besar, tercekik, dan Transformer (induktor besar) semuanya menarik arus permulaan yang besar untuk mengembangkan medan magnet atau elektrik yang diperlukan untuk operasi mereka. Oleh itu input litar tiba-tiba memberikan jalan rintangan rendah (impedans) yang membolehkan nilai arus besar mengalir ke litar.

Kapasitor dan induktor berkelakuan berbeza ketika berada dalam keadaan terisi penuh atau keadaan pelepasan. Contohnya, kapasitor ketika dalam keadaan habis sepenuhnya bertindak sebagai litar pintas kerana impedans rendah, sedangkan kapasitor yang dicas sepenuhnya melancarkan dc jika disambungkan sebagai kapasitor penapis. Walau bagaimanapun, ia adalah jangka masa yang sangat kecil; dalam beberapa milisaat kapasitor dikenakan. Anda juga boleh membaca mengenai nilai ESR dan ESL kapasitor untuk lebih memahami bagaimana ia berfungsi dalam litar.

Di sisi lain, Transformer, motor, dan induktor (semua barang yang berkaitan dengan gegelung) menghasilkan emf belakang semasa permulaan, juga memerlukan arus yang sangat tinggi semasa keadaan pengecasan. Biasanya, beberapa kitaran semasa diperlukan untuk menstabilkan arus input ke keadaan stabil. Anda juga boleh membaca mengenai nilai DCR di induktor untuk lebih memahami bagaimana induktor berfungsi dalam litar.

Dalam gambar di atas, grafik semasa berbanding masa ditunjukkan. Masa ditunjukkan dalam milisaat tetapi boleh juga dalam mikrodetik. Walau bagaimanapun, semasa permulaan, arus mula meningkat dan arus puncak maksimum adalah 6A. Ini adalah arus masuk yang wujud dalam jangka masa yang sangat singkat. Tetapi setelah arus masuk, aliran arus menjadi stabil pada nilai.5A atau dalam 500mA. Ini adalah arus keadaan litar litar.

Oleh itu, apabila voltan masukan diterapkan pada bekalan kuasa atau dalam litar yang mempunyai kapasitansi atau induktansi yang sangat tinggi atau kedua-duanya, arus masuk berlaku. Arus awal ini seperti yang ditunjukkan dalam grafik arus masuk meningkat menjadi sangat tinggi sehingga menyebabkan suis input mencair atau meletup.

Litar Perlindungan Arus Masuk - Jenis

Terdapat banyak kaedah untuk melindungi peranti anda dari arus masuk dan komponen yang berbeza tersedia untuk melindungi litar daripada arus masuk. Berikut adalah senarai kaedah berkesan untuk mengatasi arus masuk-

Kaedah had perintang

Terdapat dua cara untuk merancang pembatas arus masuk menggunakan kaedah had perintang. Yang pertama adalah dengan menambahkan perintang siri untuk mengurangkan aliran arus di litar litar dan yang lain adalah dengan menggunakan impedans penapis talian dalam input bekalan AC.

Tetapi kaedah ini bukanlah kaedah yang berkesan untuk menambahkan litar arus keluaran tinggi. Sebabnya jelas kerana merangkumi penentangan. The perintang semasa inrush menjadi panas dengan semasa operasi normal dan mengurangkan kecekapan. Watt perintang bergantung pada keperluan aplikasi, biasanya berkisar antara 1W hingga 4W.

Limiter arus termistor atau NTC

T hermistor adalah perintang bergandingan suhu yang mengubah rintangan bergantung pada suhu. Dalam inrush NTC, rangkaian limiter semasa serupa dengan kaedah had resistor, Thermistor atau NTC (pekali suhu negatif) juga digunakan secara bersiri dengan input.

Termistor mempunyai ciri-ciri nilai rintangan yang berubah pada suhu yang berbeza, khususnya, pada suhu rendah Thermistor berperilaku seperti perintang bernilai tinggi, sedangkan pada suhu tinggi, ia memberikan rintangan nilai rendah. Harta ini digunakan untuk aplikasi had semasa Inrush.

Semasa permulaan litar awal, NTC memberikan rintangan nilai tinggi yang mengurangkan aliran arus masuk. Tetapi semasa litar menuju ke keadaan stabil, suhu NTC mula meningkat yang seterusnya menghasilkan rintangan rendah. NTC adalah kaedah yang sangat berkesan untuk mengawal arus masuk.

Litar Soft Start atau Delay

Jenis pengatur voltan DC / DC yang berbeza menggunakan litar permulaan atau kelewatan lembut untuk mengurangkan kesan arus masuk. Jenis fungsi seperti ini membolehkan kita mengubah masa kenaikan output yang secara efektif mengurangkan arus keluaran apabila disambungkan ke beban kapasitif bernilai tinggi.

Sebagai contoh, 1.5A Ultra-LDO TPS742 dari Texas Instruments menawarkan pin soft-start yang dapat diprogramkan di mana pengguna boleh mengkonfigurasi Linear Start Up menggunakan kapasitor luaran yang sederhana. Dalam gambarajah litar di bawah, litar contoh TPS742 ditunjukkan di mana waktu mula lembut boleh dikonfigurasi menggunakan pin SS dengan menggunakan kapasitor CSS.

Di mana dan mengapa kita perlu mempertimbangkan Inrush Current Protection Circuit?

Seperti yang dibincangkan sebelumnya, litar di mana kapasitansi atau induktansi bernilai tinggi wujud, litar perlindungan arus masuk diperlukan. Litar arus masuk menstabilkan keperluan arus tinggi pada peringkat permulaan litar awal. Litar limiter arus masuk menghadkan arus input dan memastikan sumber dan peranti host lebih selamat. Kerana arus masuk yang tinggi meningkatkan kemungkinan kegagalan litar dan yang perlu ditolak. Arus masuk adalah berbahaya kerana sebab berikut-

Arus masuk yang tinggi mempengaruhi bekalan kuasa sumber.
Selalunya arus masuk yang tinggi menurunkan voltan sumber dan menghasilkan tetapan semula brownout untuk litar berasaskan mikrokontroler.
Dalam beberapa kes, jumlah arus yang dibekalkan ke litar melebihi voltan maksimum litar beban yang boleh diterima, menyebabkan kerosakan kekal pada beban.
Pada motor AC voltan tinggi, arus masuk yang tinggi menyebabkan suis kuasa tersekat atau kadangkala terbakar.
Jejak papan PCB dibuat untuk membawa nilai arus tertentu. Arus tinggi berpotensi melemahkan jejak papan PCB.

Oleh itu, untuk meminimumkan kesan arus masuk, penting untuk menyediakan litar penghad arus arus masuk di mana kapasitansi input sangat tinggi atau mempunyai aruhan yang besar.

Cara mengukur arus masuk:

Cabaran utama mengukur arus masuk adalah jangka masa yang cepat. Arus masuk berlaku selama beberapa milisaat (atau bahkan mikrodetik) bergantung pada kapasitans beban. Nilai jangka masa pada amnya berbeza dari 20-100 milisaat.

Salah satu kaedah termudah adalah dengan menggunakan pengapit khusus yang mempunyai pilihan untuk mengukur arus masuk. Meter dipicu oleh arus tinggi dan mengambil beberapa sampel untuk mendapatkan arus masuk maksimum.

Kaedah lain ialah menggunakan osiloskop frekuensi tinggi tetapi proses ini agak sukar. Seseorang perlu menggunakan perintang shunt bernilai rendah dan memerlukan dua saluran untuk menyambungkan perintang shunt. Dengan menggunakan fungsi yang berbeza dari kedua-dua probe ini, seseorang dapat memperoleh arus puncak maksimum. Seseorang perlu berhati-hati semasa menyambungkan probe GND, sambungan yang salah di perintang boleh menyebabkan litar pintas. GND perlu disambungkan di litar GND. Gambar di bawah adalah gambaran teknik yang disebutkan di atas.

Faktor yang perlu dipertimbangkan semasa merancang Litar Perlindungan Arus Inrush:

Beberapa faktor dan spesifikasi berbeza perlu diambil kira sebelum memilih kaedah pembatasan arus masuk. Berikut adalah senarai beberapa parameter penting -

1. Nilai kapasitansi beban

Kapasitansi beban adalah parameter penting untuk memilih spesifikasi litar had arus masuk. Kapasiti tinggi memerlukan arus sementara yang tinggi semasa permulaan. Untuk kes seperti ini diperlukan litar permulaan lembut yang berkesan.

2. Peringkat semasa keadaan stabil

Arus keadaan stabil adalah faktor besar untuk kecekapan penghad arus. Sebagai contoh, arus keadaan stabil yang tinggi boleh menyebabkan peningkatan suhu dan kecekapan yang buruk jika kaedah had perintang digunakan. Litar penghad arus berasaskan NTC boleh menjadi pilihan.

3. Masa bertukar

Seberapa cepat beban masuk atau dimatikan dalam jangka masa tertentu adalah parameter lain untuk memilih kaedah pembatasan arus masuk. Sebagai contoh, jika waktu menghidupkan / mematikan sangat cepat maka NTC tidak dapat melindungi litar dari arus masuk. Kerana, setelah tetapan semula kitaran pertama, NTC tidak akan disejukkan jika litar beban dimatikan dan dihidupkan dalam jangka masa yang sangat singkat. oleh itu rintangan permulaan awal tidak dapat ditingkatkan dan arus masuk dilewati melalui NTC.

4. Operasi voltan rendah dan arus rendah

Dalam kes-kes tertentu, semasa reka bentuk litar, jika sumber kuasa dan beban ada di dalam litar yang sama, adalah lebih bijak menggunakan pengatur voltan atau LDO dengan kemudahan permulaan yang lembut untuk mengurangkan arus masuk. Dalam kes sedemikian, aplikasi adalah aplikasi arus rendah voltan rendah.