Ударна струја - узроци, последице, заштитни кругови и технике пројектовања

Трајност и поузданост електронског кола у великој мери зависе од тога колико је добро дизајниран узимајући у обзир све шансе, које би се практично могле догодити када је производ заиста у употреби. Ово се посебно односи на све јединице за напајање попут АЦ-ДЦ претварача или СМПС кругова, јер су повезани директно на мрежу наизменичне струје и различитог оптерећења што их чини подложним пренапонским напонима, скоковима напона, преоптерећењу итд. Због тога дизајнери укључују Многе врсте заштитних кругова у њиховом дизајну, већ смо покрили већину популарних заштитних кругова

• Заштита од пренапона
• Прекострујна заштита
• Заштита од обрнутог поларитета
• Заштита од струјног круга

Претходно смо разговарали о напонској струји, у овом чланку ћемо разговарати о томе како да дизајнирамо кругове ограничивача налетне струје, како бисмо заштитили своје дизајне напајања од ударних струја. Прво ћемо разумети шта је ударна струја и разлог зашто се генерише. Затим ћемо разговарати о различитим типовима дизајна кола који се могу користити за заштиту ударне струје и на крају закључити са неколико савета за заштиту уређаја од ударне струје. Па, кренимо.

Шта је Инрусх Цуррент?

Као што назив сугерише, појам „потисна струја“ указује на то да када се уређај укључи током почетне фазе, огромна количина струје надире у коло. По дефиницији се може дефинисати као максимална тренутна улазна струја коју вуче електрични уређај када је укључен. Ово понашање се може добро уочити код индуктивних оптерећења наизменичном струјом као што су трансформатори и мотори, где ће вредност ударне струје обично бити двадесет или тридесет пута већа од номиналних вредности. Иако је вредност ударне струје веома висока, она се јавља само неколико милисекунди или микросекунди, па се без мерача не може приметити. Ударна струја се такође може назвати улазном пренапонском струјом или укључивањем пренапонаструја заснована на погодности. Будући да је овај феномен више код наизменичних оптерећења, ограничивач наизменичне струје више се користи од истосмерног напона.

Сваки круг црпи струју из извора у зависности од стања кола. Претпоставимо коло које има три стања, то је стање мировања, нормално радно стање и максимално радно стање. У празном ходу узмите у обзир струју од 1мА, у нормалном радном стању круг вуче 500мА струје, а у максималном радном стању може повући 1000мА или 1А струје. Према томе, ако коло углавном ради у нормалном стању, можемо рећи да је 500мА стационарна струја за коло, док је 1А вршна струја коју вуче коло.

Ово је прилично тачно, лако се ради и једноставна математика. Али, као што је раније речено, постоји још једно стање у којем струја коју вуче коло може бити 20 или чак 40 пута већа од стационарне струје. То је почетно стање или снага на фази кола. Сада, зашто круг изненада повлачи ову високу струју, јер је оцењен за примену слабе струје? Као што је претходни пример, од 1 мА до 1000 мА.

Шта узрокује Инрусх Цуррент у уређају?

Да бисмо одговорили на питања која треба да уђемо у магнетику намотаја индуктора и мотора, али за почетак размотримо то, то је као да померамо огроман ормар или вучемо аутомобил, у почетку нам је потребна велика енергија, али како се ствари почињу померати, постало је лакше. Потпуно иста ствар се дешава унутар кола. Готово сваки круг, посебно напајања, користи кондензаторе и пригушнице, пригушнице и трансформаторе (огромна индуктивност) велике вредности, који сви повлаче огромну почетну струју за развој магнетног или електричног поља потребног за њихов рад. Тако улаз круга одједном пружа пут са малим отпором (импеданса) који омогућава да велика струја тече у коло.

Кондензатори и пригушнице се понашају другачије када су у потпуно напуњеном стању или стању пражњења. На пример, кондензатор када је у потпуно испражњеном стању делује као кратки спој због мале импедансе, док потпуно напуњени кондензатор заглађује једносмерну струју ако је повезан као филтер кондензатор. Међутим, то је врло мали временски распон; за неколико милисекунди кондензатор се напуни. Такође можете прочитати о вредностима ЕСР и ЕСЛ кондензатора да бисте боље разумели како он функционише у колу.

С друге стране, трансформатори, мотори и пригушнице (сви материјали повезани са завојницом) генеришу повратну емф током покретања, такође захтевају веома велику струју током стања пуњења. Обично је потребно неколико струјних циклуса да би се улазна струја стабилизовала у стабилно стање. Такође можете прочитати о ДЦР вредности у индуктору да бисте боље разумели како индуктори раде у колу.

На горњој слици приказан је графикон тренутног и временског периода. Време приказано у милисекундама, али то може бити и у микросекундама. Међутим, током покретања тренутни старт се повећава и максимална вршна струја је 6А. То је ударна струја која постоји врло кратко време. Али након ударне струје, струјни ток постаје стабилан на вредности од.5А или у 500мА. Ово је стационарна струја кола.

Стога, када се улазни напон примени на напајање или у колу које има врло високу капацитивност или индуктивност или обоје, јавља се ударна струја. Ова почетна струја, као што је приказано на графикону улазне струје, постаје веома висока да узрокује топљење или пухање улазног прекидача.

Заштитни кругови од ударне струје - типови

Постоји много метода за заштиту уређаја од ударне струје, а доступне су различите компоненте за заштиту кола од ударне струје. Овде је листа ефикасних метода за превазилажење ударних струја-

Метода ограничења отпорника

Постоје два начина за дизајнирање граничника струје пуцања помоћу методе ограничења отпора. Први је додавање серијског отпорника за смањење протока струје у линији кола, а други је употреба импедансе линијског филтра у улазу за наизменичну струју.

Али овај метод није ефикасан начин додавања преко круга велике излазне струје. Разлог је очигледан јер укључује отпор. Ударна струја отпорник загреје током нормалног рада и смањује ефикасност. Снага отпорника зависи од захтева апликације, обично се креће између 1В и 4В.

Термистор или ограничивач струје заснован на НТЦ-у

Т хермистор је отпорник повезан на температуру који мења отпор у зависности од температуре. У НТЦ нагону, круг ограничивача струје сличан је методи ограничавања отпорника, термистор или НТЦ (негативни температурни коефицијент) се такође користе у серији са улазом.

Термистори имају карактеристике промењене вредности отпора на различитим температурама, посебно на ниским температурама. Термистор се понаша као отпор велике вредности, док на високим температурама пружа отпор мале вредности. Ово својство се користи за апликацију за ограничавање струје Инрусх.

Током почетног покретања кола, НТЦ пружа отпор велике вредности који смањује проток тренутне струје. Али док коло прелази у стабилно стање, температура НТЦ-а почиње да расте, што је даље резултирало малим отпором. НТЦ је врло ефикасна метода управљања ударном струјом.

Круг меког покретања или одлагања

Различити типови претварача једносмерног и једносмерног напона са регулатором напона користе круг меког покретања или одлагања како би се смањио ефекат ударне струје. Таква врста функционалности омогућава нам да променимо време пораста излаза што ефикасно смањује излазну струју када је прикључено на капацитивно оптерећење велике вредности.

На пример, 1.5А Ултра-ЛДО ТПС742 компаније Текас Инструментс нуди програмабилни пин за меко покретање где корисник може да конфигурише Линеарно покретање помоћу једноставног спољног кондензатора. На доњем дијаграму кола приказан је пример кола ТПС742 где је време меког покретања могуће подесити помоћу СС пина помоћу ЦСС кондензатора.

Где и зашто треба да размотримо струјни круг заштите од пуцања?

Као што је претходно речено, за коло у коме постоји велика вредност капацитивности или индуктивности потребан је заштитни круг од ударне струје. Круг пужне струје стабилизује потребе за великом струјом у почетној почетној фази кола. Коло ограничења улазне струје ограничава улазну струју и одржава извор и хост уређај сигурнијим. Јер висока ударна струја повећава шансе за квар у кругу и то треба одбити. Ударна струја је штетна из следећих разлога -

1. Велика ударна струја утиче на извор напајања.
2. Често висока ударна струја падне напон извора и резултира ресетовањем искључења за кола заснована на микроконтролеру.
3. У неколико случајева количина струје која се напаја у круг прелази прихватљиви максимални напон круга оптерећења, што узрокује трајно оштећење терета.
4. У високонапонским моторима наизменичне струје, велика ударна струја доводи до прекида прекидача напајања или га понекад сагорева.
5. Трагови ПЦБ плоче направљени су да носе одређену вредност струје. Јака струја може потенцијално ослабити трагове ПЦБ плоче.

Због тога је важно да се минимализује ефекат ударне струје, важно је обезбедити коло за ограничење ударне струје где је улазни капацитет врло висок или има велику индуктивност.

Како измерити улазну струју:

Главни изазов мерења ударне струје је брз временски распон. Ударна струја се јавља неколико милисекунди (или чак микросекунди) у зависности од капацитивности оптерећења. Вредност временског распона се углавном разликује од 20-100 милисекунди.

Најједноставнији начин је коришћење наменског мерача стезаљки који има могућност мерења ударне струје. Мерач активира велика струја и узима више узорака да би добио максималну ударну струју.

Друга метода је употреба високофреквентног осцилоскопа, али овај поступак је помало лукав. Потребно је користити ранжирни отпорник мале вредности и потребна су два канала за повезивање преко мануелног отпорника. Коришћењем различитих функција ове две сонде може се добити максимална вршна струја. Треба бити опрезан док повезујете сонду ГНД, погрешна веза преко отпорника може довести до кратког споја. ГНД мора бити повезан преко круга ГНД. Слика испод представља приказ горе поменуте технике.

Чимбеници које треба узети у обзир приликом дизајнирања склопа за заштиту од пужног тока:

Потребно је узети у обзир неке различите факторе и спецификације пре одабира методе ограничавања улазне струје. Ево листе неколико основних параметара -

1. Вредност капацитивности терета

Капацитет оптерећења је основни параметар за одабир спецификације круга ограничења ударне струје. Велики капацитет захтева велику пролазну струју током покретања. У таквом случају потребан је ефикасан круг меког покретања.

2. Стабилно стање струје

Стационарна струја је огроман фактор за ефикасност граничника струје. На пример, висока стационарна струја може довести до повећане температуре и слабе ефикасности ако се користи гранична метода отпорника. Струјни круг за ограничавање струје заснован на НТЦ-у може бити избор.

3. Време замене

Колико брзо се оптерећење укључује или искључује током датог временског оквира је још један параметар за одабир методе ограничавања улазне струје. На пример, ако је време укључивања / искључивања врло брзо, НТЦ не може заштитити коло од ударне струје. Јер, након првог ресетовања циклуса, НТЦ се не хлади ако се круг оптерећења искључи и укључи у врло кратком временском распону. стога почетни отпор при покретању није могао да се повећа, а ударна струја се заобилази кроз НТЦ.

4. Нисконапонски и слабострујни рад

У одређеним случајевима, током пројектовања кола, ако извор напајања и оптерећење постоје унутар истог кола, паметније је користити регулатор напона или ЛДО-ове са објектом меког покретања за смањење улазне струје. У таквом случају апликација је нисконапонска нисконапонска апликација.