- 돌입 전류 란?
- 장치에서 돌입 전류의 원인은 무엇입니까?
- 돌입 전류 보호 회로 – 유형
- 소프트 스타트 또는 지연 회로
- 돌입 전류 보호 회로를 고려해야하는 곳과 이유는 무엇입니까?
- 돌입 전류 측정 방법 :
- 돌입 전류 보호 회로를 설계 할 때 고려해야 할 요소 :
전자 회로의 내구성과 신뢰성은 제품이 실제로 사용 중일 때 실제로 발생할 수있는 모든 가능성을 고려하여 얼마나 잘 설계되었는지에 따라 크게 좌우됩니다. AC-DC 컨버터 또는 SMPS 회로와 같은 모든 전원 공급 장치의 경우 특히 AC 주전원에 직접 연결되어 있고 과전압, 전압 스파이크, 과부하 등에 취약한 다양한 부하가 있기 때문입니다. 설계에 많은 유형의 보호 회로가 있습니다. 우리는 이미 널리 사용되는 보호 회로를 많이 다루었습니다.
- 과전압 보호
- 현재 보호에
- 역 극성 보호
- 쇼트 회로 보호
이전에 돌입 전류에 대해 논의했습니다.이 기사에서는 돌입 전류로부터 전원 공급 장치 설계를 보호하기 위해 돌입 전류 제한 기 회로 를 설계하는 방법에 대해 설명합니다. 먼저 돌입 전류가 무엇이며 왜 발생하는지 이해합니다. 그런 다음 돌입 전류를 보호하는 데 사용할 수있는 다양한 유형의 회로 설계에 대해 논의하고 마지막으로 돌입 전류로부터 장치를 보호하기위한 몇 가지 팁으로 마무리합니다. 자, 시작합시다.
돌입 전류 란?
이름에서 알 수 있듯이 "돌입 전류"라는 용어는 장치가 초기 단계에서 켜질 때 엄청난 양의 전류가 회로로 돌입 함을 나타냅니다. 정의에 따라 전기 장치를 켰을 때 전기 장치가 끌어들이는 최대 순간 입력 전류로 정의 할 수 있습니다. 이 동작은 변압기 및 모터와 같은 AC 유도 부하에서 잘 관찰 될 수 있으며, 돌입 전류 값은 일반적으로 공칭 값보다 20 배 또는 30 배 더 많습니다. 돌입 전류의 값이 매우 높더라도 몇 밀리 초 또는 마이크로 초 동안 만 발생하므로 미터 없이는 알 수 없습니다. 돌입 전류는 입력 서지 전류 또는 스위치 온 서지 라고도합니다.편의를 기반으로 한 전류. 이 현상은 AC 부하에서 더 많이 발생하므로 AC 돌입 전류 제한 기가 DC 대응 물보다 더 많이 사용됩니다.
각각의 모든 회로는 회로의 상태에 따라 소스에서 전류를 끌어옵니다. 유휴 상태, 정상 작동 상태 및 최대 작동 상태의 세 가지 상태가있는 회로를 가정 해 보겠습니다. 유휴 상태에서 회로는 1mA의 전류를 소비하고, 정상 작동 상태에서 회로는 500mA의 전류를 소비하고 최대 작동 상태에서는 1000mA 또는 1A의 전류를 소비 할 수 있습니다. 따라서 회로가 대부분 정상 상태에서 작동한다면 500mA는 회로의 정상 상태 전류이고 1A는 회로에서 끌어온 피크 전류라고 말할 수 있습니다.
이것은 상당히 사실이며 작업하기 쉽고 간단한 수학입니다. 그러나 앞서 말했듯이 회로에서 끌어온 전류가 정상 상태 전류보다 20 배 또는 심지어 40 배 더 클 수있는 또 다른 상태가 있습니다. 그것은 인 회로 단에 초기 상태 또는 전원. 자, 왜이 높은 전류가 저 전류 애플리케이션 용으로 평가 되었기 때문에 회로에 의해 갑자기 유입됩니까? 이전 예와 같이 1mA에서 1000mA까지.
장치에서 돌입 전류의 원인은 무엇입니까?
질문에 답하려면 인덕터와 모터 코일의 자기학에 들어가야합니다. 시작하려면 거대한 찬장을 움직이거나 차를 당기는 것과 같습니다. 처음에는 높은 에너지가 필요하지만, 움직이기 시작하면 더 쉽습니다. 회로 내에서도 똑같은 일이 발생합니다. 거의 모든 회로, 특히 전원 공급 장치는 큰 값의 커패시터와 인덕터, 초크 및 변압기 (거대한 인덕터)를 사용하며, 이들 모두는 작동에 필요한 자기장 또는 전기장을 개발하기 위해 거대한 초기 전류 를 소비 합니다. 따라서 회로의 입력은 갑자기 낮은 저항 (임피던스) 경로를 제공하여 큰 값의 전류가 회로로 흐를 수있게합니다.
커패시터와 인덕터는 완전히 충전 된 상태 또는 방전 상태 일 때 다르게 작동합니다. 예를 들어, 완전히 방전 된 상태의 커패시터는 낮은 임피던스로 인해 단락 회로 역할을하는 반면, 완전히 충전 된 커패시터는 필터 커패시터로 연결된 경우 DC를 부드럽게합니다. 그러나 이는 매우 짧은 시간입니다. 몇 밀리 초 안에 커패시터가 충전됩니다. 또한 커패시터의 ESR 및 ESL 값에 대해 읽어 회로에서 어떻게 작동하는지 더 잘 이해할 수 있습니다.
반면에 변압기, 모터 및 인덕터 (모든 코일 관련 항목)는 시동 중에 역기전력을 생성하고 충전 상태에서도 매우 높은 전류를 필요로합니다. 일반적으로 입력 전류를 정상 상태로 안정화하는 데 필요한 전류 사이클은 거의 없습니다. 인덕터의 DCR 값에 대해 읽어서 인덕터가 회로에서 어떻게 작동하는지 더 잘 이해할 수 있습니다.
위의 이미지에는 현재 대 시간 그래프 가 표시됩니다. 시간은 밀리 초로 표시되지만 마이크로 초로도 표시 될 수 있습니다. 그러나 시작하는 동안 전류가 증가하기 시작하고 최대 피크 전류는 6A입니다. 매우 짧은 시간 동안 존재하는 돌입 전류입니다. 그러나 돌입 전류 후에 전류 흐름은 0.5A 또는 500mA에서 안정됩니다. 이것은 회로의 정상 상태 전류입니다.
따라서 입력 전압이 전원 공급 장치 또는 매우 높은 커패시턴스 또는 인덕턴스 또는 둘 다를 가진 회로에 적용되면 돌입 전류가 발생합니다. 돌입 전류 그래프 에 표시된 대로이 초기 전류 는 매우 높아져 입력 스위치가 녹거나 폭발합니다.
돌입 전류 보호 회로 – 유형
돌입 전류로부터 장치를 보호하는 방법에는 여러 가지가 있으며 돌입 전류로부터 회로를 보호하기 위해 다양한 구성 요소를 사용할 수 있습니다. 다음은 돌입 전류를 극복하는 효과적인 방법 목록입니다.
저항 제한 방법
저항 제한 방법을 사용하여 돌입 전류 제한기를 설계 하는 방법에는 두 가지가 있습니다. 첫 번째 는 회로 라인의 전류 흐름을 줄이기 위해 직렬 저항 을 추가하는 것이고 다른 하나는 AC 공급 입력에서 라인 필터 임피던스 를 사용하는 것 입니다.
그러나이 방법은 고출력 전류 회로에 추가하는 효율적인 방법이 아닙니다. 그 이유는 저항이 포함되어 있기 때문에 분명합니다. 돌입 전류 저항은 정상 작동 중에 가열 효율을 감소 얻는다. 저항 와트는 애플리케이션 요구 사항에 따라 다르며 일반적으로 1W에서 4W 사이입니다.
서미스터 또는 NTC 기반 전류 제한 기
T hermistor 는 온도에 따라 저항을 변화시키는 온도 결합 저항입니다. 에서 NTC 돌입 전류 제한 기 회로는 저항기 제한 방법과 유사 또는 NTC 서미스터 (음의 온도 계수)도 입력과 직렬로 사용된다.
서미스터는 서로 다른 온도, 특히 저온에서 저항 값이 변경되는 특성을 가지고 있습니다. 서미스터는 높은 값의 저항처럼 동작하는 반면, 고온에서는 낮은 값의 저항을 제공합니다. 이 속성은 돌입 전류 제한 애플리케이션에 사용됩니다.
회로의 초기 시동 중에 NTC는 높은 값의 저항을 제공하여 돌입 전류 흐름을 감소시킵니다. 그러나 회로가 정상 상태로 들어가는 동안 NTC의 온도가 상승하기 시작하여 저항이 낮아집니다. NTC는 돌입 전류를 제어하는 매우 효과적인 방법입니다.
소프트 스타트 또는 지연 회로
다양한 유형의 전압 조정기 DC / DC 컨버터는 소프트 스타트 또는 지연 회로를 사용하여 돌입 전류 효과를 줄 입니다. 이러한 유형의 기능을 통해 출력 상승 시간을 변경하여 고 가치 용량 성 부하에 연결할 때 출력 전류를 효과적으로 줄일 수 있습니다.
예를 들어, Texas Instruments의 1.5A Ultra-LDO TPS742 는 사용자가 간단한 외부 커패시터를 사용하여 선형 스타트 업을 구성 할 수있는 프로그래밍 가능한 소프트 스타트 핀을 제공합니다. 아래 회로도에는 CSS 커패시터를 사용하여 SS 핀을 사용하여 소프트 스타트 시간을 구성 할 수있는 TPS742의 예제 회로가 나와 있습니다.
돌입 전류 보호 회로를 고려해야하는 곳과 이유는 무엇입니까?
앞서 논의했듯이 높은 값의 커패시턴스 또는 인덕턴스가 존재하는 회로 에는 돌입 전류 보호 회로 가 필요합니다. 돌입 전류 회로는 회로의 초기 시작 단계에서 높은 전류 요구 사항을 안정화합니다. 돌입 전류 제한 회로는 입력 전류를 제한하고 소스와 호스트 장치를 더 안전하게 유지합니다. 높은 돌입 전류는 회로의 고장 가능성을 증가시키고이를 거부해야하기 때문입니다. 돌입 전류는 다음과 같은 이유로 유해합니다.
- 높은 돌입 전류는 소스 전원 공급 장치에 영향을 미칩니다.
- 높은 돌입 전류는 종종 소스 전압을 떨어 뜨리고 마이크로 컨트롤러 기반 회로에 대한 브라운 아웃 리셋을 초래합니다.
- 드문 경우에 회로에 공급되는 전류의 양이 부하 회로의 허용 가능한 최대 전압을 초과하여 부하에 영구적 인 손상을 입 힙니다.
- 고전압 AC 모터에서 높은 돌입 전류로 인해 전원 스위치가 트립되거나 때때로 소손됩니다.
- PCB 보드 트레이스는 특정 전류 값을 전달하도록 만들어집니다. 고전류는 잠재적으로 PCB 보드 트레이스를 약화시킬 수 있습니다.
따라서 돌입 전류의 영향을 최소화하려면 입력 커패시턴스가 매우 높거나 인덕턴스가 큰 돌입 전류 제한 회로를 제공하는 것이 중요합니다.
돌입 전류 측정 방법:
돌입 전류 측정 의 주요 과제 는 빠른 시간 범위입니다. 돌입 전류는 부하 커패시턴스에 따라 몇 밀리 초 (또는 마이크로 초) 동안 발생합니다. 시간 범위의 값은 일반적으로 20-100 밀리 초와 다릅니다.
가장 쉬운 방법 중 하나 는 돌입 전류를 측정하는 옵션이있는 전용 클램프 미터 를 사용하는 것입니다. 미터는 고전류에 의해 트리거되고 최대 유입 전류를 얻기 위해 여러 샘플을 취합니다.
또 다른 방법은 고주파 오실로스코프 를 사용하는 것이지만이 프로세스는 약간 까다 롭습니다. 하나는 매우 낮은 값의 션트 저항을 사용해야하며 션트 저항을 통해 연결하려면 두 개의 채널이 필요합니다. 이 두 프로브의 다른 기능을 사용하여 최대 피크 전류를 얻을 수 있습니다. GND 프로브를 연결하는 동안주의해야합니다. 저항을 통한 잘못된 연결은 단락으로 이어질 수 있습니다. GND는 GND 회로를 통해 연결되어야합니다. 아래 이미지는 위에서 언급 한 기술을 표현한 것입니다.
돌입 전류 보호 회로를 설계 할 때 고려해야 할 요소:
돌입 전류 제한 방법을 선택 하기 전에 몇 가지 다른 요인과 사양을 고려해야합니다. 다음은 몇 가지 필수 매개 변수 목록입니다.
1. 부하의 커패시턴스 값
부하의 커패시턴스는 돌입 전류 제한 회로의 사양을 선택하는 데 필수적인 매개 변수입니다. 높은 커패시턴스는 시동 중에 높은 과도 전류를 필요로합니다. 이러한 경우 효과적인 소프트 스타트 회로가 필요합니다.
2. 정상 상태 전류 등급
정상 상태 전류는 전류 제한 기의 효율성에 큰 요인입니다. 예를 들어 높은 정상 상태 전류는 저항 제한 방법을 사용하는 경우 온도를 높이고 효율을 떨어 뜨릴 수 있습니다. NTC 기반 전류 제한 회로 를 선택할 수 있습니다.
3. 전환 시간
주어진 시간 프레임 동안 부하가 얼마나 빨리 켜지거나 꺼지는지는 돌입 전류 제한 방법을 선택하는 또 다른 매개 변수입니다. 예를 들어, 스위칭 온 / 오프 시간이 매우 빠르면 NTC는 돌입 전류로부터 회로를 보호 할 수 없습니다. 첫 번째 사이클 재설정 후 매우 짧은 시간 내에 부하 회로를 껐다 켜도 NTC가 냉각되지 않기 때문입니다. 따라서 초기 시작 저항은 증가 할 수 없으며 돌입 전류는 NTC를 통해 우회됩니다.
4. 저전압 및 저 전류 작동
특정한 경우, 회로 설계 중에 전원과 부하가 동일한 회로 내에 존재하는 경우 돌입 전류를 줄이기 위해 소프트 스타트 기능이있는 전압 조정기 또는 LDO를 사용하는 것이 더 현명합니다. 이러한 경우 애플리케이션은 저전압 저 전류 애플리케이션입니다.