- Inrush Current คืออะไร?
- อะไรทำให้เกิดกระแสไฟเข้าในอุปกรณ์
- วงจรป้องกันกระแสไฟเข้า - ประเภท
- ซอฟต์สตาร์ทหรือวงจรหน่วงเวลา
- ที่ไหนและทำไมเราต้องพิจารณาวงจรป้องกันกระแสไฟเข้า
- วิธีวัด Inrush Current:
- ปัจจัยที่ต้องพิจารณาในการออกแบบวงจรป้องกันกระแสไฟเข้า:
ความทนทานและความเชื่อถือได้ของวงจรอิเล็กทรอนิกส์นั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบที่ดีเพียงใดโดยพิจารณาจากอัตราต่อรองทั้งหมดซึ่งอาจเกิดขึ้นได้จริงเมื่อผลิตภัณฑ์ถูกใช้งานจริง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับหน่วยจ่ายไฟทั้งหมดเช่นตัวแปลง AC-DC หรือวงจร SMPS เนื่องจากมีการเชื่อมต่อโดยตรงกับสายไฟ AC และมีโหลดที่แตกต่างกันซึ่งทำให้ไวต่อแรงดันไฟฟ้าเกินแรงดันไฟฟ้าเกินแรงดันไฟฟ้าเกิน ฯลฯ นี่คือเหตุผลที่นักออกแบบรวม วงจรป้องกันหลายประเภทในการออกแบบเราได้กล่าวถึงวงจรป้องกันที่เป็นที่นิยมมากมายแล้ว ได้แก่
- การป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน
- มากกว่าการป้องกันปัจจุบัน
- การป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับ
- การป้องกันวงจรช็อต
ก่อนหน้านี้เราได้กล่าวถึงกระแสไฟเข้าในบทความนี้เราจะพูดถึงวิธีการออกแบบวงจร จำกัด กระแสไฟเข้าเพื่อป้องกันการออกแบบแหล่งจ่ายไฟของคุณจากกระแสไฟฟ้า ก่อนอื่นเราจะเข้าใจว่ากระแสไฟฟ้าไหลเข้าคืออะไรและสาเหตุที่เกิดขึ้น จากนั้นเราจะพูดถึงการออกแบบวงจรประเภทต่างๆที่สามารถใช้เพื่อป้องกันกระแสไฟเข้าและในที่สุดก็สรุปด้วยเคล็ดลับบางประการในการป้องกันอุปกรณ์ของคุณจากกระแสไฟฟ้าไหลเข้า มาเริ่มกันเลย
Inrush Current คืออะไร?
เป็นชื่อที่แสดงให้เห็นคำว่า“การไหลเข้าปัจจุบัน” แสดงให้เห็นว่าเมื่ออุปกรณ์เปิดอยู่ในระหว่างขั้นตอนการเริ่มต้นเป็นจำนวนมากวิ่งเข้าไปในปัจจุบันวงจรตามความหมายสามารถกำหนดให้เป็นกระแสอินพุตสูงสุดทันทีที่อุปกรณ์ไฟฟ้าดึงออกมาเมื่อเปิดเครื่อง พฤติกรรมนี้สามารถสังเกตได้ดีในโหลดอุปนัย AC เช่น Transformers and Motors ซึ่งโดยปกติแล้วค่ากระแสไฟฟ้าขาเข้าจะมากกว่าค่าเล็กน้อยถึงยี่สิบหรือสามสิบเท่า แม้ว่าค่าของกระแสไฟเข้าจะสูงมาก แต่ก็เกิดขึ้นเพียงไม่กี่มิลลิวินาทีหรือไมโครวินาทีเท่านั้นดังนั้นจึงไม่สามารถสังเกตเห็นได้หากไม่มีมิเตอร์ กระแสไฟเข้าสามารถเรียกได้ว่าเป็นกระแสไฟกระชากหรือไฟกระชากสวิตช์ปัจจุบันตามความสะดวก เนื่องจากปรากฏการณ์นี้เกี่ยวข้องกับโหลดACมากขึ้นตัว จำกัด กระแสไฟ AC Inrushจึงถูกใช้มากกว่า DC
แต่ละวงจรดึงกระแสจากแหล่งกำเนิดขึ้นอยู่กับสถานะของวงจร สมมติว่าวงจรมีสามสถานะนั่นคือสถานะไม่ได้ใช้งานสถานะการทำงานปกติและสถานะการทำงานสูงสุด ในสภาวะที่ไม่ได้ใช้งานวงจรจะดึงกระแส 1mA ในสถานะการทำงานปกติวงจรจะดึงกระแส 500mA และในสถานะการทำงานสูงสุดจะสามารถดึงกระแสได้ 1000mA หรือ 1A ดังนั้นหากวงจรส่วนใหญ่ทำงานในสถานะปกติเราสามารถพูดได้ว่า 500mA เป็นกระแสคงที่สำหรับวงจรในขณะที่ 1A คือกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่วงจรดึงมา
นี่เป็นความจริงที่ใช้งานง่ายและคณิตศาสตร์อย่างง่าย แต่อย่างที่บอกไปก่อนหน้านี้มีอีกสถานะหนึ่งที่กระแสที่ดึงโดยวงจรอาจมีขนาดใหญ่กว่ากระแสคงที่ 20 หรือ 40 เท่า มันเป็นสถานะเริ่มต้นหรืออำนาจบนเวทีของวงจรทีนี้ทำไมกระแสไฟฟ้าสูงนี้ถึงถูกดึงโดยวงจรอย่างกะทันหันเนื่องจากได้รับการจัดอันดับสำหรับแอปพลิเคชันกระแสต่ำ เช่นตัวอย่างก่อนหน้านี้ 1mA ถึง 1000mA
อะไรทำให้เกิดกระแสไฟเข้าในอุปกรณ์
ในการตอบคำถามเราต้องเข้าสู่แม่เหล็กของตัวเหนี่ยวนำและขดลวดมอเตอร์ แต่ในการเริ่มต้นเรามาพิจารณากันดีกว่าว่ามันเหมือนกับการเคลื่อนตู้ขนาดใหญ่หรือดึงรถในตอนแรกเราต้องการพลังงานสูง แต่เมื่อสิ่งต่างๆเริ่มเคลื่อนไหวมันก็กลายเป็น ง่ายกว่า สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นภายในวงจร เกือบทุกวงจรโดยเฉพาะแหล่งจ่ายไฟใช้ตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำค่าขนาดใหญ่โช้กและ Transformers (ตัวเหนี่ยวนำขนาดใหญ่) ซึ่งทั้งหมดนี้ดึงกระแสเริ่มต้นจำนวนมากเพื่อพัฒนาสนามแม่เหล็กหรือไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการทำงาน ดังนั้นอินพุตของวงจรจึงให้เส้นทางความต้านทาน (อิมพีแดนซ์) ต่ำซึ่งทำให้กระแสไฟฟ้าจำนวนมากไหลเข้าสู่วงจร
ตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำทำงานแตกต่างกันเมื่ออยู่ในสภาพที่ชาร์จเต็มหรือสภาพการปลดปล่อย ตัวอย่างเช่นตัวเก็บประจุเมื่ออยู่ในสภาพที่คายประจุจนหมดจะทำหน้าที่เป็นไฟฟ้าลัดวงจรเนื่องจากอิมพีแดนซ์ต่ำในขณะที่ตัวเก็บประจุที่ชาร์จเต็มจะทำให้กระแสตรงเรียบขึ้นหากเชื่อมต่อเป็นตัวเก็บประจุกรอง อย่างไรก็ตามมันเป็นช่วงเวลาที่สั้นมาก ภายในไม่กี่มิลลิวินาทีตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จ คุณยังสามารถอ่านเกี่ยวกับค่า ESR และ ESL ของตัวเก็บประจุเพื่อทำความเข้าใจวิธีการทำงานในวงจรได้ดีขึ้น
ในอีกด้านหนึ่งหม้อแปลงมอเตอร์และตัวเหนี่ยวนำ (สิ่งที่เกี่ยวข้องกับขดลวดทั้งหมด) จะสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับในระหว่างการสตาร์ทและต้องใช้กระแสไฟฟ้าที่สูงมากในระหว่างสถานะการชาร์จ โดยปกติจะต้องใช้วงจรกระแสไฟฟ้าเพียงไม่กี่รอบเพื่อทำให้กระแสอินพุตคงที่ให้คงที่ คุณยังสามารถอ่านเกี่ยวกับค่า DCR ในตัวเหนี่ยวนำเพื่อทำความเข้าใจวิธีการทำงานของตัวเหนี่ยวนำในวงจรได้ดีขึ้น
ในภาพด้านบนกราฟปัจจุบันเทียบกับเวลาจะแสดงขึ้น เวลาที่แสดงเป็นมิลลิวินาที แต่อาจเป็นหน่วยไมโครวินาทีก็ได้เช่นกัน อย่างไรก็ตามในระหว่างการเริ่มต้นการเริ่มต้นปัจจุบันจะเพิ่มขึ้นและกระแสไฟฟ้าสูงสุดสูงสุดคือ 6A เป็นกระแสไหลเข้าที่มีอยู่ในช่วงเวลาสั้น ๆ แต่หลังจากกระแสไฟเข้ากระแสจะคงที่ที่ค่า. 5A หรือ 500mA นี่คือกระแสคงที่ของวงจร
ดังนั้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตถูกนำไปใช้กับแหล่งจ่ายไฟหรือในวงจรที่มีความจุหรือความเหนี่ยวนำสูงมากหรือทั้งสองอย่างจะเกิดกระแสไฟเข้า กระแสเริ่มต้นนี้ตามที่แสดงในกราฟกระแสขาเข้าจะสูงมากจนทำให้สวิตช์อินพุตละลายหรือระเบิด
วงจรป้องกันกระแสไฟเข้า - ประเภท
มีหลายวิธีในการป้องกันอุปกรณ์ของคุณจากกระแสไฟเข้าและมีส่วนประกอบที่แตกต่างกันเพื่อป้องกันวงจรจากกระแสไฟฟ้าไหลเข้า นี่คือรายการวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการเอาชนะกระแสที่ไหลเข้า -
วิธี จำกัด ตัวต้านทาน
มีสองวิธีในการออกแบบตัว จำกัด กระแสไฟเข้าโดยใช้วิธี จำกัด ตัวต้านทาน ตัวแรกคือการเพิ่มตัวต้านทานแบบอนุกรมเพื่อลดการไหลของกระแสในสายวงจรและอีกตัวหนึ่งคือการใช้อิมพีแดนซ์ตัวกรองสายในอินพุตแหล่งจ่าย AC
แต่วิธีนี้ไม่ใช่วิธีที่มีประสิทธิภาพในการเพิ่มวงจรกระแสเอาต์พุตสูง เหตุผลที่ชัดเจนเพราะรวมถึงการต่อต้าน ต้านทานการไหลเข้าปัจจุบันได้รับความร้อนขึ้นในระหว่างการดำเนินงานปกติและลดประสิทธิภาพ กำลังไฟของตัวต้านทานขึ้นอยู่กับความต้องการของแอปพลิเคชันโดยทั่วไปอยู่ในช่วงระหว่าง 1W ถึง 4W
ตัว จำกัด กระแสตามเทอร์มิสเตอร์หรือ NTC
เทอร์มิสเตอร์ T เป็นตัวต้านทานคู่อุณหภูมิที่เปลี่ยนความต้านทานขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ในการเข้า NTCวงจรจำกัดกระแสจะคล้ายกับวิธีการ จำกัด ตัวต้านทานเทอร์มิสเตอร์หรือ NTC (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบ) ยังใช้เป็นอนุกรมกับอินพุต
เทอร์มิสเตอร์มีลักษณะของการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานที่อุณหภูมิที่แตกต่างกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่จะทำงาน Thermistor อุณหภูมิต่ำเช่นตัวต้านทานที่มีมูลค่าสูงในขณะที่อุณหภูมิสูงจะให้ความต้านทานที่มีมูลค่าต่ำ คุณสมบัตินี้ใช้สำหรับแอ็พพลิเคชันการ จำกัด การไหลเข้าปัจจุบัน
ในระหว่างการเริ่มต้นวงจร NTC จะให้ค่าความต้านทานที่มีค่าสูงซึ่งจะลดการไหลของกระแสไฟเข้า แต่ในระหว่างที่วงจรเข้าสู่สภาวะคงที่อุณหภูมิของ NTC จะเริ่มเพิ่มขึ้นซึ่งส่งผลให้ความต้านทานต่ำ กทชเป็นวิธีการควบคุมกระแสไฟเข้าที่มีประสิทธิภาพมาก
ซอฟต์สตาร์ทหรือวงจรหน่วงเวลา
ชนิดที่แตกต่างกันของการควบคุมแรงดันไฟฟ้าแปลง DC / DC ใช้เริ่มต้นหรือล่าช้าวงจรนุ่มเพื่อลดการไหลเข้าผลในปัจจุบันฟังก์ชันประเภทนี้ช่วยให้เราสามารถเปลี่ยนเวลาที่เพิ่มขึ้นของเอาต์พุตซึ่งจะช่วยลดกระแสเอาต์พุตได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อเชื่อมต่อกับโหลด capacitive ที่มีมูลค่าสูง
ตัวอย่างเช่น 1.5A Ultra-LDO TPS742จาก Texas Instruments มีขาเริ่มต้นอ่อนที่ตั้งโปรแกรมได้ซึ่งผู้ใช้สามารถกำหนดค่า Linear Start Up โดยใช้ตัวเก็บประจุภายนอกแบบธรรมดา ในแผนภาพวงจรด้านล่างวงจรตัวอย่างของ TPS742 จะแสดงซึ่งสามารถกำหนดค่าเวลาเริ่มต้นอ่อนได้โดยใช้ขา SS โดยใช้ตัวเก็บประจุ CSS
ที่ไหนและทำไมเราต้องพิจารณาวงจรป้องกันกระแสไฟเข้า
ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้วงจรที่มีค่าความจุหรือตัวเหนี่ยวนำที่มีค่าสูงจำเป็นต้องมีวงจรป้องกันกระแสไฟเข้า วงจรกระแสไฟเข้าจะทำให้ความต้องการกระแสสูงคงที่ในขั้นตอนเริ่มต้นของวงจร วงจร จำกัด กระแสไฟเข้าจะ จำกัด กระแสอินพุตและรักษาแหล่งที่มาและอุปกรณ์โฮสต์ให้ปลอดภัยยิ่งขึ้น เนื่องจากกระแสไฟฟ้าไหลเข้าสูงจะเพิ่มโอกาสในการล้มเหลวของวงจรและจำเป็นต้องถูกปฏิเสธ กระแสไฟไหลเข้าเป็นอันตรายเนื่องจากสาเหตุต่อไปนี้ -
- กระแสไฟเข้าสูงส่งผลต่อแหล่งจ่ายไฟ
- บ่อยครั้งที่กระแสไฟไหลเข้าสูงจะทำให้แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายลดลงและส่งผลให้เกิดการรีเซ็ตเป็นสีน้ำตาลสำหรับวงจรที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์
- ในบางกรณีปริมาณกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับวงจรจะเกินแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ยอมรับได้ของวงจรโหลดทำให้เกิดความเสียหายอย่างถาวรกับโหลด
- ในมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแรงสูงกระแสไฟที่ไหลเข้าสูงจะทำให้สวิตช์ไฟเคลื่อนที่หรือบางครั้งไฟไหม้
- ร่องรอยของบอร์ด PCB ทำขึ้นเพื่อให้มีค่าเฉพาะของกระแส กระแสไฟฟ้าที่สูงอาจทำให้ร่องรอยของบอร์ด PCB อ่อนแอลง
ดังนั้นเพื่อลดผลกระทบของกระแสไฟเข้าให้น้อยที่สุดสิ่งสำคัญคือต้องจัดให้มีวงจร จำกัด กระแสเข้าที่ความจุอินพุตสูงมากหรือมีการเหนี่ยวนำมาก
วิธีวัด Inrush Current:
ความท้าทายหลักในการวัดกระแสไหลเข้าคือช่วงเวลาที่รวดเร็ว กระแสไฟเข้าเกิดขึ้นเป็นเวลาสองสามมิลลิวินาที (หรือแม้แต่ไมโครวินาที) ขึ้นอยู่กับความจุของโหลด ค่าของช่วงเวลาโดยทั่วไปจะแตกต่างกันตั้งแต่ 20-100 มิลลิวินาที
วิธีที่ง่ายที่สุดวิธีหนึ่งคือใช้แคลมป์มิเตอร์เฉพาะซึ่งมีตัวเลือกในการวัดกระแสไฟฟ้าเข้า มิเตอร์จะถูกกระตุ้นโดยกระแสไฟฟ้าสูงและใช้ตัวอย่างหลายตัวอย่างเพื่อให้ได้กระแสไฟเข้าสูงสุด
อีกวิธีหนึ่งคือการใช้ออสซิลโลสโคปความถี่สูงแต่กระบวนการนี้ค่อนข้างยุ่งยาก เราจำเป็นต้องใช้ตัวต้านทาน shunt ที่มีค่าต่ำมากและต้องใช้สองช่องสัญญาณเพื่อเชื่อมต่อข้ามตัวต้านทานแบบแบ่ง การใช้ฟังก์ชันที่แตกต่างกันของโพรบทั้งสองนี้จะทำให้สามารถรับกระแสไฟฟ้าสูงสุด สิ่งที่ต้องระวังในขณะเชื่อมต่อโพรบ GND การเชื่อมต่อที่ไม่ถูกต้องข้ามตัวต้านทานอาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร ต้องเชื่อมต่อ GND ข้ามวงจร GND ภาพด้านล่างเป็นการแสดงเทคนิคดังกล่าวข้างต้น
ปัจจัยที่ต้องพิจารณาในการออกแบบวงจรป้องกันกระแสไฟเข้า:
บางปัจจัยที่แตกต่างกันและข้อกำหนดที่มีความจำเป็นที่จะต้องนำมาพิจารณาก่อนที่จะเลือกวิธีการไหลเข้าปัจจุบัน จำกัด นี่คือรายการพารามิเตอร์ที่จำเป็นบางประการ -
1. ค่าความจุของโหลด
ความจุของโหลดเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในการเลือกข้อกำหนดของวงจร จำกัด กระแสไฟเข้า ความจุสูงต้องการกระแสไฟฟ้าชั่วคราวสูงระหว่างการเริ่มต้น ในกรณีเช่นนี้จำเป็นต้องมีวงจรสตาร์ทอ่อนที่มีประสิทธิภาพ
2. คะแนนปัจจุบันคงที่
กระแสไฟฟ้าคงที่เป็นปัจจัยสำคัญสำหรับประสิทธิภาพของตัว จำกัด กระแสไฟฟ้า ตัวอย่างเช่นกระแสไฟฟ้าคงที่สูงอาจทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพไม่ดีหากใช้วิธีการ จำกัด ตัวต้านทาน วงจร จำกัด กระแสตาม NTCสามารถเลือกได้
3. การเปลี่ยนเวลา
ความเร็วในการเปิดหรือปิดโหลดในช่วงเวลาที่กำหนดเป็นพารามิเตอร์อื่นในการเลือกวิธีการ จำกัด กระแสไฟเข้า ตัวอย่างเช่นหากเวลาเปิด / ปิดสวิตช์เร็วมาก NTC จะไม่สามารถป้องกันวงจรจากกระแสไฟฟ้าไหลเข้าได้ เนื่องจากหลังจากการรีเซ็ตรอบแรก NTC จะไม่เย็นลงหากวงจรโหลดถูกปิดและเปิดในช่วงเวลาสั้น ๆ ดังนั้นจึงไม่สามารถเพิ่มความต้านทานเริ่มต้นเริ่มต้นได้และกระแสไฟเข้าจะถูกข้ามผ่าน NTC
4. แรงดันไฟฟ้าต่ำและการทำงานในปัจจุบันต่ำ
ในบางกรณีในระหว่างการออกแบบวงจรหากแหล่งจ่ายไฟและโหลดมีอยู่ภายในวงจรเดียวกันก็ควรใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าหรือ LDO ที่มีระบบซอฟต์สตาร์ทเพื่อลดกระแสไฟเข้า ในกรณีเช่นนี้แอปพลิเคชันเป็นแอปพลิเคชันกระแสไฟฟ้าแรงต่ำ