Curent de intrare - cauze, efecte, circuite de protecție și tehnici de proiectare

Durabilitatea și fiabilitatea unui circuit electronic depind în mare măsură de cât de bine este proiectat având în vedere toate cotele, care ar putea să apară practic atunci când produsul este efectiv în uz. Acest lucru este valabil mai ales pentru toate unitățile de alimentare, cum ar fi convertoarele AC-DC sau circuitele SMPS, deoarece acestea sunt conectate direct la rețeaua de curent alternativ și o sarcină variabilă care le face susceptibile la supratensiuni, vârfuri de tensiune, suprasarcină etc. De aceea, proiectanții includ multe tipuri de circuite de protecție în proiectarea lor, am acoperit deja o mulțime de circuite de protecție populare și anume

• Protecție la supratensiune
• Protecție la supracurent
• Protecție polaritate inversă
• Protecție împotriva circuitului de fotografiere

Am discutat anterior curentul de intrare, în acest articol vom discuta despre modul de proiectare a unui circuit limitator de curent de intrare, pentru a vă proteja proiectele de alimentare cu curenți de intrare. Mai întâi vom înțelege ce este curentul de intrare și motivul pentru care este generat. Apoi vom discuta despre diferitele tipuri de design de circuite care pot fi utilizate pentru a proteja curentul de intrare și, în cele din urmă, vom încheia cu câteva sfaturi pentru a vă proteja dispozitivul împotriva curentului de intrare. Deci sa începem.

Ce este curentul de intrare?

După cum sugerează și numele, termenul „curent de intrare” indică faptul că atunci când un dispozitiv este pornit în etapa inițială, o cantitate uriașă de curent intră în circuit. Prin definiție, poate fi definit ca curentul maxim de intrare instantanee tras de un dispozitiv electric atunci când este pornit. Acest comportament poate fi bine observat în sarcini inductive ca transformatoarele și motoarele, unde valoarea curentului de pornire va fi în mod normal de douăzeci sau treizeci de ori mai mare decât valorile nominale. Chiar dacă valoarea curentului de intrare este foarte mare, apare doar pentru câteva milisecunde sau microsecunde, prin urmare nu poate fi observată fără un metru. Curentul de intrare poate fi numit și curent de intrare sau supratensiune de pornirecurent bazat pe comoditate. Deoarece acest fenomen este mai mult cu sarcini de curent alternativ, limitatorul de curent alternativ AC este mai utilizat decât omologul său de curent continuu.

Fiecare circuit atrage curent dintr-o sursă în funcție de starea circuitului. Să presupunem un circuit care are trei stări, adică starea de ralanti, starea normală de lucru și starea maximă de lucru. În stare de ralanti, circuitul atrage 1mA de curent, într-o stare normală de lucru circuitul atrage 500mA de curent și în starea maximă de lucru poate trage 1000mA sau 1A de curent. Prin urmare, dacă circuitul funcționează în cea mai mare parte într-o stare normală, putem spune că 500mA este curentul de staționare pentru circuit, în timp ce 1A este curentul de vârf tras de circuit.

Acest lucru este destul de adevărat, ușor de lucrat și matematică simplă. Dar, așa cum am spus mai devreme, există o altă stare în care curentul tras de circuit poate fi de 20 sau chiar de 40 de ori mai mare decât curentul de staționare. Este starea inițială sau puterea pe scena circuitului. Acum, de ce acest curent ridicat este atras brusc de circuit, deoarece este evaluat pentru aplicații cu curent redus? Cum ar fi exemplul anterior, 1mA la 1000mA.

Ce cauzează curentul de intrare într-un dispozitiv?

Pentru a răspunde la întrebări trebuie să intrăm în magnetica bobinelor inductorului și motorului, dar pentru a începe să considerăm că, este ca și cum ai muta un dulap imens sau ai trage o mașină, inițial, avem nevoie de energie mare, dar pe măsură ce lucrurile încep să se miște, a devenit Mai ușor. Exact același lucru se întâmplă în interiorul unui circuit. Aproape fiecare circuit, în special sursele de alimentare, folosește condensatori și inductori de mare valoare, inductoare și transformatoare (un inductor uriaș), toate acestea atrag un curent inițial uriaș pentru a dezvolta câmpul magnetic sau electric necesar pentru funcționarea lor. Astfel, intrarea circuitului asigură brusc o cale de rezistență scăzută (impedanță) care permite unei valori mari de curent să curgă în circuit.

Condensatoarele și inductoarele se comportă diferit atunci când sunt într-o stare complet încărcată sau în stare de descărcare. De exemplu, un condensator atunci când este într-o stare complet descărcată acționează ca un scurtcircuit datorită impedanței scăzute, în timp ce un condensator complet încărcat netezește DC dacă este conectat ca un condensator de filtru. Cu toate acestea, este un interval de timp foarte mic; în câteva milisecunde condensatorul se încarcă. De asemenea, puteți citi despre valorile ESR și ESL ale unui condensator pentru a înțelege mai bine cum funcționează într-un circuit.

Pe de altă parte, transformatoarele, motoarele și inductoarele (toate lucrurile legate de bobină) generează emf înapoi în timpul pornirii, necesită și curent foarte mare în timpul stării de încărcare. În mod normal, sunt necesare câteva cicluri de curent pentru a stabiliza curentul de intrare la starea de echilibru. De asemenea, puteți citi despre valoarea DCR din inductor pentru a înțelege mai bine cum funcționează inductoarele într-un circuit.

În imaginea de mai sus, este prezentat un grafic curent vs. Timpul afișat în milisecunde, dar poate fi și în microsecunde. Cu toate acestea, în timpul pornirii, curentul începe să crească și curentul maxim maxim este de 6A. Este curentul de intrare care există pentru un interval de timp foarte scurt. Dar după curentul de intrare, fluxul de curent devine stabil la o valoare de.5A sau în 500mA. Acesta este curentul de staționare al circuitului.

Prin urmare, atunci când tensiunea de intrare este aplicată sursei de alimentare sau într-un circuit care are o capacitate sau inductanță foarte mare sau ambele, apare curentul de intrare. Acest curent inițial, așa cum se arată în graficul de curent de intrare, devine foarte mare pentru a provoca topirea sau explozia comutatorului de intrare.

Circuite de protecție la curent de intrare - Tipuri

Există multe metode pentru a vă proteja dispozitivul de curentul de intrare și sunt disponibile diferite componente pentru a proteja circuitul de curentul de intrare. Iată lista metodelor eficiente pentru a depăși curentul de intrare -

Metoda limitei rezistorului

Există două moduri de a proiecta limitatorul de curent de pornire folosind metoda limitei rezistorului. Primul este să adăugați un rezistor de serie pentru a reduce debitul de curent în linia circuitului, iar celălalt este să utilizați impedanța filtrului de linie în intrarea de alimentare AC.

Dar această metodă nu este o modalitate eficientă de a adăuga într-un circuit de curent mare de ieșire. Motivul este evident deoarece include rezistență. Anclanșare rezistor curent se încălzește în timpul funcționării normale și reduce eficiența. Puterea rezistenței depinde de cerința aplicației, de obicei cuprinde între 1W și 4W.

Termistor sau limitator de curent bazat pe NTC

Hermistorul T este un rezistor cuplat la temperatură care schimbă rezistența în funcție de temperatură. Într-o intrare NTC, circuitul limitator de curent este similar cu metoda de limitare a rezistenței, termistorul sau NTC (coeficientul de temperatură negativă) este, de asemenea, utilizat în serie cu intrarea.

Termistorii au caracteristici ale valorii rezistenței modificate la diferite temperaturi, în mod specific, la temperaturi scăzute Termistorul se comportă ca un rezistor cu valoare ridicată, în timp ce la temperaturi ridicate oferă rezistență cu valoare scăzută. Această proprietate este utilizată pentru aplicația de limitare a curentului Inrush.

În timpul pornirii inițiale a circuitului, NTC oferă o rezistență de mare valoare, care scade fluxul de curent de intrare. Dar în timpul circuitului intră în starea de echilibru, temperatura NTC începe să crească, ceea ce a dus la o rezistență scăzută. NTC este o metodă foarte eficientă de control al curentului de intrare.

Circuit Soft Start sau Delay

Diferitele tipuri de convertoare DC / DC ale regulatorului de tensiune utilizează circuitul de pornire soft sau întârziere pentru a reduce efectul curentului de pornire. Un astfel de tip de funcționalitate ne permite să schimbăm timpul de creștere a ieșirii, ceea ce reduce efectiv curentul de ieșire atunci când este conectat la o sarcină capacitivă de mare valoare.

De exemplu, 1.5A Ultra-LDO TPS742 de la Texas Instruments oferă un pin programabil de pornire soft, unde utilizatorul poate configura Linear Start Up utilizând un condensator extern simplu. În schema de circuite de mai jos, este prezentat un exemplu de circuit al TPS742 în care timpul de pornire soft este configurabil folosind pinul SS utilizând condensatorul CSS.

Unde și de ce trebuie să luăm în considerare circuitul de protecție a curentului de intrare?

După cum sa discutat anterior, circuitul în care există capacitate sau inductanță de mare valoare, este necesar un circuit de protecție a curentului de intrare. Circuitul de curent de intrare stabilizează necesarul de curent ridicat în etapa inițială de pornire a circuitului. Un circuit limitator de curent de intrare limitează curentul de intrare și menține sursa și dispozitivul gazdă mai sigure. Deoarece un curent mare de intrare crește șansele de eșec ale circuitului și acest lucru trebuie respins. Curentul de intrare este dăunător din următoarele motive:

1. Curentul mare de intrare afectează sursa de alimentare.
2. Adesea, curentul de intrare mare scade tensiunea sursei și are ca rezultat o resetare a defectării circuitelor bazate pe microcontroler.
3. În câteva cazuri, cantitatea de curent furnizată circuitului depășește tensiunea maximă acceptabilă a circuitului de sarcină, provocând daune permanente sarcinii.
4. În motoarele de curent alternativ de înaltă tensiune, curentul de intrare mare determină declanșarea sau uneori arderea comutatorului de alimentare.
5. Urmele plăcii PCB sunt realizate pentru a transporta o valoare specifică a curentului. Curentul mare ar putea slăbi urmele plăcii PCB.

Prin urmare, pentru a minimiza efectul curentului de intrare, este important să se furnizeze un circuit limitator de curent de intrare în care capacitatea de intrare este foarte mare sau are o inductanță mare.

Cum se măsoară curentul de intrare:

Principala provocare a măsurării curentului de pornire este intervalul de timp rapid. Curentul de apăsare apare pentru câteva milisecunde (sau chiar microsecunde), în funcție de capacitatea de încărcare. Valoarea intervalului de timp diferă în general de la 20-100 de milisecunde.

O modalitate cea mai simplă este de a utiliza clemetrul dedicat, care are opțiunea de a măsura curentul de intrare. Contorul este declanșat de curentul mare și preia mai multe eșantioane pentru a obține curentul maxim de intrare.

O altă metodă este utilizarea unui osciloscop de înaltă frecvență, dar acest proces este un pic dificil. Trebuie să utilizați un rezistor de șunt foarte scăzut și aveți nevoie de două canale pentru a vă conecta la rezistența de șunt. Prin utilizarea diferitelor funcții ale acestor două sonde se poate obține curentul maxim de vârf. Trebuie să fii atent în timp ce conectezi sonda GND, conexiunea greșită între rezistor ar putea duce la un scurtcircuit. GND trebuie conectat pe circuitul GND. Imaginea de mai jos este reprezentarea tehnicii menționate mai sus.

Factori de luat în considerare la proiectarea unui circuit de protecție a curentului de intrare:

Anumiți factori și specificații sunt necesari pentru a fi luați în considerare înainte de a alege metoda de limitare a curentului de intrare. Iată o listă cu câțiva parametri esențiali -

1. Valoarea capacității sarcinii

Capacitatea sarcinii este parametrii esențiali pentru a selecta specificația circuitului de limitare a curentului de intrare. Capacitatea ridicată necesită un curent tranzitoriu ridicat în timpul pornirii. Pentru un astfel de caz este necesar un circuit eficient de pornire soft.

2. Evaluarea curentă a stării de echilibru

Curentul de echilibru este un factor imens pentru eficiența limitatorului de curent. De exemplu, curentul mare la starea de echilibru ar putea duce la creșterea temperaturii și la o eficiență redusă dacă se utilizează metoda limită a rezistorului. Circuitul de limitare a curentului bazat pe NTC poate fi o alegere.

3. Timp de comutare

Cât de rapid se încarcă sau se oprește încărcarea într-un anumit interval de timp este un alt parametru pentru a alege metoda de limitare a curentului de apăsare. De exemplu, dacă timpul de pornire / oprire este foarte rapid, atunci NTC nu ar putea proteja circuitul de curentul de intrare. Deoarece, după o resetare a primului ciclu, NTC nu se răcește dacă circuitul de încărcare este oprit și pornit într-un interval de timp foarte scurt. prin urmare, rezistența inițială la pornire nu a putut fi mărită și curentul de intrare este ocolit prin NTC.

4. Funcționare de joasă tensiune și curent redus

În cazuri specifice, în timpul proiectării circuitului, dacă sursa de alimentare și sarcina există în interiorul aceluiași circuit, este mai înțelept să folosiți regulator de tensiune sau LDO-uri cu facilitate de pornire soft pentru a reduce curentul de intrare. Într-un astfel de caz, aplicația este o aplicație de joasă tensiune de curent scăzut.