電子電路的耐用性和可靠性在很大程度上取決于考慮各種可能性的設(shè)計情況，這實(shí)際上可能在產(chǎn)品實(shí)際使用時發(fā)生。對于AC-DC 轉(zhuǎn)換器或SMPS 電路等所有電源單元尤其如此，因?yàn)樗鼈冎苯舆B接到交流電源和變化的負(fù)載，這使得它們?nèi)菀资艿竭^壓、電壓尖峰、過載等的影響。這就是為什么設(shè)計人員包括設(shè)計中的保護(hù)電路類型很多，我們已經(jīng)介紹了很多流行的保護(hù)電路，即
- 過壓保護(hù)
- 過流保護(hù)
- 反極性保護(hù)
- 短路保護(hù)
本文將討論如何設(shè)計浪涌電流限制器電路，以保護(hù)您的電源設(shè)計免受浪涌電流的影響。我們將首先了解什么是浪涌電流以及它產(chǎn)生的原因。然后，我們將討論可用于保護(hù)浪涌電流的不同類型的電路設(shè)計，最后總結(jié)一些保護(hù)您的設(shè)備免受浪涌電流影響的技巧。
什么是浪涌電流？
顧名思義，“浪涌電流”一詞表示當(dāng)設(shè)備在初始階段打開時，大量電流涌入電路。根據(jù)定義，它可以定義為電氣設(shè)備在開啟時吸收的最大瞬時輸入電流。在變壓器和電機(jī)等交流電感負(fù)載中可以很好地觀察到這種行為，其中浪涌電流值通常是標(biāo)稱值的二十或三十倍。即使浪涌電流的值非常高，它也只會出現(xiàn)幾毫秒或幾微秒，因此沒有儀表就無法注意到。浪涌電流也可以稱為輸入浪涌電流或接通浪涌當(dāng)前基于方便。由于這種現(xiàn)象更多地出現(xiàn)在交流負(fù)載中，因此交流浪涌電流限制器比其直流對應(yīng)物使用得更多。
每個電路都根據(jù)電路的狀態(tài)從源中汲取電流。讓我們假設(shè)一個電路具有三種狀態(tài)，即空閑狀態(tài)、正常工作狀態(tài)和最大工作狀態(tài)?？紤]在空閑狀態(tài)下，電路消耗 1mA 電流，在正常工作狀態(tài)下，電路消耗 500mA 電流，在最大工作狀態(tài)下可以消耗 1000mA 或 1A 電流。因此，如果電路大部分工作在正常狀態(tài)，我們可以說500mA是電路的穩(wěn)態(tài)電流，而1A是電路汲取的峰值電流。
這是相當(dāng)真實(shí)的，易于使用且數(shù)學(xué)簡單。但是，如前所述，存在另一種狀態(tài)，即電路汲取的電流可能是穩(wěn)態(tài)電流的 20 倍甚至 40 倍。它是電路的初始狀態(tài)或通電階段?，F(xiàn)在，為什么這個大電流會突然被電路吸收，因?yàn)樗菫榈碗娏鲬?yīng)用而設(shè)計的？比如前面的例子，1mA到1000mA。
是什么導(dǎo)致設(shè)備中的浪涌電流？
要回答這些問題，我們必須了解電感器和電機(jī)線圈的磁性，但首先讓我們考慮一下，就像移動一個巨大的櫥柜或拉一輛汽車一樣，最初，我們需要高能量，但隨著事情開始移動，它變成了更輕松。完全相同的事情發(fā)生在電路內(nèi)部。幾乎每個電路，尤其是電源，都使用大容量電容器和電感器、扼流圈和變壓器（一個巨大的電感器），所有這些都會吸收巨大的初始電流來產(chǎn)生其運(yùn)行所需的磁場或電場。因此，電路的輸入突然提供了一個低電阻（阻抗）路徑，允許大量電流流入電路。
電容器和電感器在完全充電狀態(tài)或放電狀態(tài)時表現(xiàn)不同。例如，當(dāng)電容器處于完全放電狀態(tài)時，由于阻抗低，它會起到短路的作用，而完全充電的電容器如果連接為濾波電容器，則會平滑直流。然而，這是一個非常小的時間跨度；在幾毫秒內(nèi)，電容器被充電。
另一方面，變壓器、電機(jī)和電感器（所有與線圈相關(guān)的東西）在啟動期間會產(chǎn)生反電動勢，在充電狀態(tài)下也需要非常高的電流。通常，只需幾個電流周期即可將輸入電流穩(wěn)定到穩(wěn)定狀態(tài)。
在上圖中，顯示了電流與時間的關(guān)系圖。以毫秒為單位顯示的時間，但也可以以微秒為單位。但是，在啟動過程中，電流開始增加，最大峰值電流為 6A。它是存在很短時間跨度的浪涌電流。但在浪涌電流之后，電流會穩(wěn)定在 0.5A 或 500mA。這是電路的穩(wěn)態(tài)電流。
因此，當(dāng)輸入電壓施加到電源或具有非常高的電容或電感或兩者的電路中時，會發(fā)生浪涌電流。浪涌電流圖中顯示的初始電流變得非常高，導(dǎo)致輸入開關(guān)熔化或炸毀。
浪涌電流保護(hù)電路 - 類型
有許多方法可以保護(hù)您的設(shè)備免受浪涌電流的影響，并且可以使用不同的組件來保護(hù)電路免受浪涌電流的影響。以下是克服浪涌電流的有效方法列表-
電阻限位法
使用電阻限制方法設(shè)計浪涌電流限制器?有兩種方法。第一個是添加一個串聯(lián)電阻以減少電路線路中的電流，另一個是在交流電源輸入中使用線路濾波器阻抗。
但這種方法不是在高輸出電流電路中添加的有效方法。原因很明顯，因?yàn)樗ㄗ枇Α?strong>浪涌電流電阻器在正常運(yùn)行期間會變熱并降低效率。電阻功率取決于應(yīng)用要求，通常在 1W 到 4W 之間。
基于熱敏電阻或 NTC 的限流器
T熱敏電阻是一種溫度耦合電阻，它會根據(jù)溫度改變電阻。在NTC 浪涌中，電流限制電路類似于電阻限制方法，熱敏電阻或 NTC（負(fù)溫度系數(shù)）也與輸入串聯(lián)使用。
熱敏電阻具有在不同溫度下電阻值變化的特性，具體而言，在低溫下，熱敏電阻表現(xiàn)得像一個高阻值電阻，而在高溫下，它提供低阻值。該屬性用于浪涌電流限制應(yīng)用。
在電路的初始啟動期間，NTC 提供高阻值電阻，可減少浪涌電流。但在電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)條件期間，NTC 的溫度開始升高，進(jìn)一步導(dǎo)致低電阻。NTC 是一種非常有效的控制浪涌電流的方法。
軟啟動或延遲電路
不同類型的穩(wěn)壓DC/DC轉(zhuǎn)換器采用軟啟動或延遲電路來降低浪涌電流的影響。這種類型的功能使我們能夠改變輸出上升時間，從而在連接到高值容性負(fù)載時有效地降低輸出電流。 ????
例如，1.5A超LDO?TPS742提供可編程軟啟動引腳，用戶可以使用簡單的外部電容器配置線性啟動。在下面的電路圖中，顯示了 TPS742 的示例電路，其中軟啟動時間可通過使用 CSS 電容器使用 SS 引腳進(jìn)行配置。
為什么需要考慮浪涌電流保護(hù)電路？
如前所述，在存在大容量電容或電感的電路中，需要一個浪涌電流保護(hù)電路。浪涌電流電路穩(wěn)定了電路初始啟動階段的高電流需求。浪涌電流限制器電路限制輸入電流并保持源和主機(jī)設(shè)備更安全。因?yàn)楦呃擞侩娏鲿黾与娐钒l(fā)生故障的機(jī)會，因此需要予以拒絕。浪涌電流是有害的，原因如下：? ? ? ? ?? ?
- 高浪涌電流會影響源電源。
- 通常，高浪涌電流會降低電源電壓，并導(dǎo)致基于微控制器的電路出現(xiàn)掉電復(fù)位。
- 在少數(shù)情況下，提供給電路的電流量會超過負(fù)載電路可接受的最大電壓，從而對負(fù)載造成永久性損壞。
- 在高壓交流電機(jī)中，高浪涌電流會導(dǎo)致電源開關(guān)跳閘或有時會燒壞。
- PCB 板走線用于承載特定值的電流。高電流可能會削弱 PCB 板走線。
因此，為了盡量減少浪涌電流的影響，提供輸入電容非常高或電感較大的浪涌電流限制器電路非常重要。
如何測量浪涌電流？
測量浪涌電流的主要挑戰(zhàn)是快速的時間跨度。根據(jù)負(fù)載電容，浪涌電流會持續(xù)幾毫秒（甚至幾微秒）。時間跨度的值通常在 20-100 毫秒之間。
一種最簡單的方法是使用可以選擇測量浪涌電流的專用鉗形表。儀表被高電流觸發(fā)并進(jìn)行多次采樣以獲得最大浪涌電流。
另一種方法是使用高頻示波器，但這個過程有點(diǎn)棘手。需要使用一個非常低值的分流電阻器，并且需要兩個通道來連接分流電阻器。通過使用這兩種探頭的不同功能，可以獲得最大峰值電流。連接 GND 探頭時需要小心，電阻上的錯誤連接可能導(dǎo)致短路。GND 需要跨接在電路 GND 上。下圖是上述技術(shù)的表示。
設(shè)計浪涌電流保護(hù)電路時要考慮的因素：
在選擇浪涌電流限制方法之前，需要考慮一些不同的因素和規(guī)格。以下是一些基本參數(shù)的列表 -
1.負(fù)載的電容值
負(fù)載電容是選擇浪涌電流限制電路規(guī)格的重要參數(shù)。高電容在啟動期間需要高瞬態(tài)電流。對于這種情況，需要一個有效的軟啟動電路。
2. 穩(wěn)態(tài)電流額定值
穩(wěn)態(tài)電流是限流器效率的一個重要因素。例如，如果使用電阻限制方法，高穩(wěn)態(tài)電流可能會導(dǎo)致溫度升高和效率降低?？梢赃x擇基于 NTC 的限流電路。
3.切換時間
在給定的時間范圍內(nèi)負(fù)載開啟或關(guān)閉的速度是選擇浪涌電流限制方法的另一個參數(shù)。例如，如果開關(guān)時間非?？欤瑒t NTC 無法保護(hù)電路免受浪涌電流的影響。因?yàn)椋诘谝粋€周期復(fù)位之后，如果負(fù)載電路在很短的時間內(nèi)關(guān)閉和打開，NTC 不會冷卻下來。因此，初始啟動電阻無法增加，浪涌電流通過 NTC 被繞過。
4.低電壓低電流運(yùn)行
在特定情況下，在電路設(shè)計過程中，如果電源和負(fù)載存在于同一電路中，則更明智的做法是使用具有軟啟動功能的穩(wěn)壓器或 LDO 來降低浪涌電流。在這種情況下，應(yīng)用是低電壓低電流應(yīng)用。
備注：本文部分內(nèi)容參考www.mrchip.cn/newsDetail/302，如果想了解浪涌電流放大器和開關(guān)應(yīng)用，也可以點(diǎn)擊訪問查看。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-698918.html
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