- Kas yra įsiurbimo srovė?
- Kas sukelia įsiurbimo srovę įrenginyje?
- Įsijungimo srovės apsaugos grandinės - tipai
- „Soft Start“ arba „Delay“ grandinė
- Kur ir kodėl turime atsižvelgti į įsiurbimo srovės apsaugos grandinę?
- Kaip išmatuoti įsiurbimo srovę:
- Veiksniai, į kuriuos reikia atsižvelgti projektuojant įsiurbimo srovės apsaugos grandinę:
Elektroninės grandinės patvarumas ir patikimumas labai priklauso nuo to, kaip gerai ji suprojektuota, atsižvelgiant į visus šansus, kurie praktiškai gali atsirasti, kai produktas iš tikrųjų naudojamas. Tai ypač pasakytina apie visus maitinimo blokus, tokius kaip kintamosios srovės keitikliai ar SMPS grandinės, nes jie yra tiesiogiai prijungti prie kintamosios srovės tinklo ir kintančios apkrovos, todėl jie yra jautrūs viršįtampiams, įtampos šuoliams, perkrovoms ir kt. Štai kodėl dizaineriai įtraukia Daugelis apsaugos schemų tipų jų konstrukcijoje jau apėmė daug populiarių apsaugos grandinių, būtent
- Apsauga nuo viršįtampio
- Virš dabartinės apsaugos
- Apsauga nuo atvirkštinio poliškumo
- Apsauga nuo smūgio grandinės
Anksčiau mes aptarėme įsiurbimo srovę, šiame straipsnyje aptarsime, kaip sukurti įsiurbimo srovės ribotuvo grandines, kad apsaugotumėte maitinimo šaltinio dizainą nuo įsiurbimo srovių. Pirmiausia suprasime, kas yra įsiurbimo srovė ir priežastis, kodėl ji generuojama. Tada mes aptarsime skirtingus grandinių dizaino tipus, kurie gali būti naudojami apsaugant įsiurbimo srovę, ir galiausiai užbaigsime keletą patarimų, kaip apsaugoti jūsų prietaisą nuo įsiurbimo srovės. Taigi, pradėkime.
Kas yra įsiurbimo srovė?
Kaip rodo pavadinimas, terminas „įsiurbimo srovė“ rodo, kad įjungus prietaisą pradiniame etape, į grandinę patenka didžiulis srovės kiekis. Pagal apibrėžimą tai galima apibrėžti kaip didžiausią momentinę įėjimo srovę, kurią ištraukia elektrinis prietaisas, kai jis įjungiamas. Tokį elgesį galima gerai pastebėti esant indukcinėms kintamosioms apkrovoms, tokioms kaip transformatoriai ir varikliai, kur įsiurbimo srovės vertė paprastai yra dvidešimt ar trisdešimt kartų didesnė už nominalias vertes. Nors įsiurbimo srovės vertė yra labai didelė, ji atsiranda tik kelias milisekundes ar mikrosekundes, todėl be skaitiklio to nepastebėsite. Įsijungimo srovė taip pat gali būti vadinama įvesties viršįtampio srove arba įjungimo viršįtampasrovė, pagrįsta patogumu. Kadangi šis reiškinys labiau būdingas kintamosios srovės apkrovoms, kintamosios srovės įsiurbimo srovės ribotuvas yra labiau naudojamas nei jo nuolatinės srovės atitikmuo.
Kiekviena grandinė ima srovę iš šaltinio, priklausomai nuo grandinės būsenos. Tarkime, kad grandinė turi tris būsenas, tai yra neveikos būsena, įprasta darbinė būsena ir maksimali darbinė būsena. Neaktyvioje būsenoje grandinė ištraukia 1mA srovę, įprastoje darbo būsenoje grandinė ištraukia 500mA srovę, o maksimalioje darbinėje būsenoje - 1000mA arba 1A srovę. Todėl, jei grandinė dažniausiai veikia įprastoje būsenoje, galime sakyti, kad 500mA yra grandinės pastoviosios būsenos srovė, o 1A yra didžiausia grandinės srovė.
Tai gana teisinga, lengva dirbti ir paprasta matematika. Tačiau, kaip sakyta anksčiau, egzistuoja kita būsena, kai grandinės ištraukta srovė gali būti 20 ar net 40 kartų didesnė už pastoviosios būsenos srovę. Tai yra pradinė grandinės būsena arba galia. Dabar, kodėl šią didelę srovę staiga ištraukia grandinė, nes ji yra įvertinta esant silpnai srovei? Pavyzdžiui, ankstesniame pavyzdyje, nuo 1 mA iki 1000 mA.
Kas sukelia įsiurbimo srovę įrenginyje?
Norėdami atsakyti į klausimus, turime patekti į induktoriaus ir variklio ritinių magnetiką, tačiau pradėdami apsvarstykime, kad iš pradžių mums reikia didelės energijos, tačiau, kai viskas pradeda judėti, tai tapo lengviau. Lygiai tas pats vyksta grandinės viduje. Beveik kiekvienoje grandinėje, ypač maitinimo šaltiniuose, naudojami didelės vertės kondensatoriai ir induktoriai, droseliai ir transformatoriai (didžiulis induktorius), kurie visi išskiria didžiulę pradinę srovę, kad sukurtų jų veikimui reikalingą magnetinį ar elektrinį lauką. Taigi grandinės įvestis staiga suteikia mažo pasipriešinimo (impedanso) kelią, kuris leidžia didelei srovės vertei tekėti į grandinę.
Kondensatoriai ir induktoriai elgiasi skirtingai, kai jie yra visiškai įkrauti arba išsikrovę. Pvz., Kondensatorius, kai jis yra visiškai iškrautas, veikia kaip trumpasis jungimas dėl mažos varžos, o visiškai įkrautas kondensatorius išlygina nuolatinę srovę, jei jis prijungtas kaip filtro kondensatorius. Tačiau tai labai mažas laiko tarpas; per kelias milisekundes kondensatorius įkraunamas. Taip pat galite perskaityti apie kondensatoriaus ESR ir ESL vertes, kad geriau suprastumėte, kaip jis veikia grandinėje.
Kita vertus, transformatoriai, varikliai ir induktoriai (visi su ritėmis susiję dalykai) paleidimo metu generuoja atgalinį EMF, o įkrovimo metu taip pat reikalinga labai didelė srovė. Paprastai norint įvesties srovę stabilizuoti iki pastovios būsenos, reikia kelių srovės ciklų. Taip pat galite perskaityti apie DCR vertę induktoriuje, kad geriau suprastumėte, kaip induktoriai veikia grandinėje.
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodytas dabartinis ir laiko grafikas. Laikas rodomas milisekundėmis, bet gali būti ir mikrosekundėmis. Tačiau paleidimo metu srovė pradeda didėti, o didžiausia piko srovė yra 6A. Būtent įsiurbimo srovė egzistuoja labai trumpą laiką. Bet po įsiurbimo srovės srovės srautas stabilus, kai vertė yra 5 A arba 500 mA. Tai yra pastovi grandinės srovė.
Todėl, kai įėjimo įtampa taikoma maitinimo šaltiniui arba grandinėje, kurios talpa ar induktyvumas yra labai didelis, arba abiem, atsiranda įsiurbimo srovė. Ši pradinė srovė, kaip parodyta įsiurbimo srovės diagramoje, tampa labai didelė, kad įvesties jungiklis ištirptų ar susprogtų.
Įsijungimo srovės apsaugos grandinės - tipai
Yra daug būdų, kaip apsaugoti įrenginį nuo įsiurbimo srovės, ir yra įvairių komponentų, kurie apsaugo grandinę nuo įsiurbimo srovės. Čia pateikiamas veiksmingų metodų, kaip įveikti įsibrovimo srovę, sąrašas
Rezistoriaus ribos metodas
Yra du būdai suprojektuoti įsiurbimo srovės ribotuvą naudojant rezistoriaus ribos metodą. Pirmasis yra pridėti nuoseklų rezistorių, kad būtų sumažintas srovės srautas grandinės linijoje, o kitas - linijos filtro varža naudoti kintamosios srovės maitinimo įėjime.
Bet šis metodas nėra efektyvus būdas pridėti prie didelės išėjimo srovės grandinės. Priežastis akivaizdi, nes ji apima pasipriešinimą. Antplūdis Dabartinis rezistorius bus šildomas iki normalios eksploatacijos metu ir sumažina efektyvumą. Rezistoriaus galia priklauso nuo reikalavimo, paprastai svyruoja nuo 1W iki 4W.
Termistoriaus arba NTC srovės ribotuvas
T hermistorius yra su temperatūra susietas rezistorius, kuris keičia atsparumą priklausomai nuo temperatūros. Į NTC Napór, srovės ribotuvas grandinė yra panaši į rezistorius apriboti metodą, Termistorius arba NTC (neigiami temperatūros koeficientas) yra taip pat naudojamas serijos, susijusi su įėjimo.
Termistoriai pasižymi pasikeitusios atsparumo vertės charakteristikomis esant skirtingoms temperatūroms, ypač esant žemai temperatūrai, termistoriai veikia kaip didelės vertės rezistoriai, o esant aukštai temperatūrai - mažos vertės atsparumui. Ši ypatybė naudojama „Inrush“ srovės ribojimo programai.
Pirmą kartą įjungiant grandinę, NTC suteikia didelės vertės pasipriešinimą, kuris sumažina įsiurbimo srovės srautą. Tačiau grandinei pereinant į pastovią būseną, NTC temperatūra pradeda didėti, o tai dar labiau nulėmė mažą pasipriešinimą. NTC yra labai efektyvus įsiurbimo srovės valdymo metodas.
„Soft Start“ arba „Delay“ grandinė
Skirtingo tipo įtampos reguliatoriaus nuolatinės ir nuolatinės srovės keitikliai naudoja minkšto paleidimo arba uždelsimo grandinę, kad sumažintų įsiurbimo srovės efektą. Tokio tipo funkcionalumas leidžia mums pakeisti išėjimo iškilimo laiką, kuris efektyviai sumažina išėjimo srovę, kai esame prijungti prie didelės vertės talpinės apkrovos.
Pavyzdžiui, „ Texas Instruments“ 1.5A „Ultra-LDO TPS742“ siūlo programuojamą minkšto paleidimo kaištį, kuriame vartotojas gali sukonfigūruoti tiesinį paleidimą naudodamas paprastą išorinį kondensatorių. Žemiau pateiktoje grandinės schemoje parodytas TPS742 schemos pavyzdys, kai minkšto paleidimo laiką galima konfigūruoti naudojant SS kaištį naudojant CSS kondensatorių.
Kur ir kodėl turime atsižvelgti į įsiurbimo srovės apsaugos grandinę?
Kaip aptarta anksčiau, grandinė, kurioje yra didelės vertės talpa arba induktyvumas, reikalinga įsijungimo srovės apsaugos grandinė. Įsijungimo srovės grandinė stabilizuoja didelį srovės poreikį pradiniame grandinės pradiniame etape. Įsijungimo srovės ribotuvo grandinė riboja įėjimo srovę ir saugo šaltinį ir pagrindinį įrenginį. Kadangi didelė įsiurbimo srovė padidina grandinės gedimo tikimybę ir tai reikia atmesti. Įsiurbimo srovė yra kenksminga dėl šių priežasčių-
- Didelė įsiurbimo srovė veikia šaltinio maitinimą.
- Dažnai didelė įsiurbimo srovė sumažina šaltinio įtampą ir lemia mikrokontrolerio pagrįstos grandinės išjungimą.
- Kai kuriais atvejais į grandinę tiekiamos srovės stipris viršija leistiną apkrovos grandinės maksimalią įtampą, todėl apkrova visam laikui pakenkiama.
- Aukštos įtampos kintamosios srovės varikliuose dėl didelės įsiurbimo srovės maitinimo jungiklis suveikia arba kartais perdega.
- PCB plokštės pėdsakai atliekami tam, kad būtų perduodama tam tikra srovės vertė. Didelė srovė gali susilpninti PCB plokštės pėdsakus.
Todėl, norint sumažinti įsiurbimo srovės poveikį, svarbu numatyti įsijungimo srovės ribotuvo grandinę, kur įėjimo talpa yra labai didelė arba turi didelį induktyvumą.
Kaip išmatuoti įsiurbimo srovę:
Pagrindinis įsiurbimo srovės matavimo uždavinys yra greitas laiko tarpas. Įsijungimo srovė vyksta keletą milisekundžių (ar net mikrosekundžių), priklausomai nuo apkrovos talpos. Laikotarpio vertė paprastai skiriasi nuo 20–100 milisekundžių.
Vienas paprasčiausių būdų yra naudoti specialų spaustukų matuoklį, kuris turi galimybę matuoti įsiurbimo srovę. Skaitiklis suveikia dėl didelės srovės ir ima kelis mėginius, kad gautų maksimalią įsiurbimo srovę.
Kitas būdas yra naudoti aukšto dažnio osciloskopą, tačiau šis procesas yra šiek tiek keblus. Reikia naudoti labai mažos vertės šuntinį rezistorių ir reikia dviejų kanalų, kad būtų galima sujungti šunto rezistorių. Naudojant skirtingas šių dviejų zondų funkcijas galima gauti didžiausią smailės srovę. Prijungiant GND zondą reikia būti atsargiems, neteisingas sujungimas per rezistorių gali sukelti trumpąjį jungimą. GND reikia prijungti per grandinę GND. Žemiau pateiktame paveikslėlyje pavaizduota minėta technika.
Veiksniai, į kuriuos reikia atsižvelgti projektuojant įsiurbimo srovės apsaugos grandinę:
Prieš pasirenkant įsiurbimo srovės ribojimo metodą, reikia atsižvelgti į keletą skirtingų veiksnių ir specifikacijų. Štai keletas pagrindinių parametrų sąrašas -
1. Krūvio talpos vertė
Apkrovos talpa yra esminiai parametrai, norint pasirinkti įsiurbimo srovės ribojimo grandinės specifikaciją. Didelės talpos paleidimo metu reikia didelės pereinamosios srovės. Tokiu atveju reikalinga efektyvi minkšto paleidimo grandinė.
2. Pastovus dabartinis reitingas
Pastoviosios būsenos srovė yra didžiulis srovės ribotuvo efektyvumo veiksnys. Pavyzdžiui, dėl didelės pastovios būsenos srovės gali padidėti temperatūra ir blogas efektyvumas, jei naudojamas rezistoriaus ribos metodas. NTC pagrindu veikianti srovės ribojimo grandinė gali būti pasirinkimas.
3. Perjungimo laikas
Tai, kaip greitai apkrova įsijungia arba išsijungia per tam tikrą laikotarpį, yra kitas parametras, leidžiantis pasirinkti įsiurbimo srovės ribojimo metodą. Pavyzdžiui, jei įjungimo / išjungimo laikas yra labai greitas, NTC negalėjo apsaugoti grandinės nuo įsijungimo srovės. Nes po pirmojo ciklo atstatymo NTC neatvės, jei per trumpą laiką išjungiama ir įjungiama apkrovos grandinė. todėl pradinio pasipriešinimo startui nepavyko padidinti, o įsiurbimo srovė apeinama per NTC.
4. Žemos įtampos ir mažos srovės veikimas
Konkrečiais atvejais, projektuojant grandinę, jei maitinimo šaltinis ir apkrova yra toje pačioje grandinėje, išmintingiau naudoti įtampos reguliatorių arba LDO su minkšto paleidimo galimybe, kad sumažintumėte įsiurbimo srovę. Tokiu atveju programa yra žemos įtampos žemos srovės programa.