Prąd rozruchowy kondensatora

11

Muszę przefiltrować obwód sterowania mocą i jak zwykle używam wielu kondensatorów równolegle. Niektóre z tych kondensatorów to tantal lub polimer aluminiowy, z prądem tętnienia około 3 amperów lub tak ... w normalnej pracy prąd tętnienia będzie w porządku, ale kiedy bateria zostanie po raz pierwszy podłączona do obwodu, spodziewam się, że kondensatory będą zachowują się jak zwarcie, zużywając ogromny prąd rozruchowy, który przekracza prąd tętnienia.

Czy muszę się tym martwić i stworzyć obwód o powolnym rozruchu, aby naładować kondensatory, czy to w porządku?

Przykładowy obwód:

schematyczny

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

capacitor inrush-current

— mFeinstein
źródło

3

„trzeba się martwić” to dość szeroki problem. To zależy od możliwości twojego źródła i obciążenia. W każdym razie jakiś rodzaj NTC na wejściu napięcia może nie być złym pomysłem. Potrzebowalibyśmy jednak więcej informacji na temat rozmiaru / typu aplikacji. Lubię też nieznacznie zmieniać wartości moich indywidualnych kondensatorów, aby zoptymalizować całkowitą odpowiedź częstotliwościową. Zamiast pięciu kapsli 2.2uF mógłbym użyć jednej 4.7, jednej 2.2, jednej 1.0 i jednej 0.1. Coś w tym stylu.

— scld

1

@ChrisL to przyzwoita odpowiedź, powinieneś opublikować ją jako jedną.

— Andy aka

Chris, wolałbym nie mieć NTC ponieważ jest to aplikacja sterowania silnikiem i spodziewane są wysokie wybuchy prąd ... Także to kondensatory są wybierane na podstawie symulacji dla oddzielenia zegary mam

— mFeinstein

Czy z tego jest jakiś regulator?

— Matt Young,

8

NTC powinien działać dobrze, ponieważ wszelkie stany przejściowe zostaną dostarczone z kondensatorów w późniejszym czasie.

Jednak tutaj jest dość prosty obwód łagodnego rozruchu z niewielką różnicą od tych powszechnie spotykanych z obwodem RC na bramce MOSFET - dodałem pewne ujemne sprzężenie zwrotne do emitera NPN, aby bardziej przewidywalnie kontrolować czas narastania.
Zastrzeżenie - Nie testowałem tego obwodu, tylko szybko zrzuciłem razem w SPICE, mam nadzieję, że nie przegapiłem niczego głupiego. Oczywiście możesz zmieniać wartości, aby dostosować je do swoich celów.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

EDYCJA - numer części MOSFET nie jest zaleceniem (dzięki Zebonaut), a jedynie losową częścią SPICE. Upewnij się, że wybierasz odpowiednią część do wymagań obwodu. NPN może być dowolną częścią ogólnego przeznaczenia (np. 2N3904)

Symulacja:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

— Oli Glaser
źródło

2

Ten obwód MOSFET jest ładny i elegancki. Należy jednak sprawdzić obszar bezpiecznego działania MOSFET-ów (w tym przypadku: fairchildsemi.com/ds/FD/FDS4559.pdf , strona 9). O prądzie ok. 15 mA (jak tutaj), wszystko jest w porządku, ale więcej niż 100 mA przy 12 V to już za dużo. Zupełnie nieoczekiwane dla urządzenia o wartości 3,5 A! Jest to mało znana, ale bardzo powszechna gotcha, szczególnie w przypadku nowoczesnych tranzystorów MOSFET przeznaczonych do przełączania aplikacji, gdy są używane w obwodach typu hot-swap (tryb liniowy), jak tutaj. Zobacz także: electronics.stackexchange.com/a/36625/930

— zebonaut

@Oli Glaser, czy myślisz, że możesz połączyć ten obwód z zabezpieczeniem przed odwrotnym napięciem, takim jak ten? hackaday.com/2011/12/06/reverse-voltage-protection-with-ap-fet

— mFeinstein

@mFeinstein - tak, myślę, że powinno działać dobrze.

— Oli Glaser,

@zebonaut - dobra uwaga, właściwie właśnie wybrałem FET losowo z listy w LTSpice, więc numer części nie miał być w ogóle rekomendacją (często o tym zapomniałem) Masz rację co do wykresu SOA, bardzo przydatne do uzyskania dobrego pomysłu na temat tej części (jak mówisz, wiele tranzystorów MOSFET zostało zaprojektowanych z myślą o przełączaniu, a niektóre nawet nie mają oceny DC na wykresie SOA)

— Oli Glaser

@OliGlaser Zapytałem o to, ponieważ w obwodzie Hackadaya MOSFET jest odwrócony, w ten sposób jego wewnętrzna dioda (która nie jest pokazana w symulacji) blokuje prąd płynący w złym kierunku.

— mFeinstein

3

postępuj również zgodnie z tymi uwagami do aplikacji.

jeśli prąd wejściowy jest bardzo mniejszy, spróbuj z ograniczeniem prądu cewki indukcyjnej.

Właśnie przepisuję kilka słów z posta na innym forum

http://www.electro-tech-online.com/general-electronics-chat/128617-how-inductor-limit-inrush-current.html

„Maksymalny możliwy szczyt prądu to Vpeak * 2 / (w * L). Jednak cewka indukcyjna nie tylko ograniczy prąd rozruchowy, ale także ograniczy prąd stanu ustalonego, więc trzeba będzie wybrać wartość, aby się nie zmieniała pierwotny pobór prądu jest zbyt duży. Oznacza to, że jeśli masz urządzenie, które normalnie pobiera 5 amperów, ale ma 100 amperów rozruchu, musisz wybrać cewkę indukcyjną, która ogranicza prąd do 20 amperów lub coś takiego, po zakończeniu okresu rozruchu urządzenie nadal działa normalnie.

Ponadto, stosując cewki indukcyjne, należy uważać, aby nie odłączyć ich nagle od obwodu, ponieważ mogą one spowodować uszkodzenie innych elementów, nawet przełączników.

Możesz użyć cewki indukcyjnej i pewnego rodzaju obwodu przełączającego, który zwiera cewkę indukcyjną po upływie czasu rozruchu. ”

spróbuj obliczyć prąd rozruchowy, który zawiera 2 czynniki, z których jeden oparty jest na ESR kondensatorów, a inny oparty na i = C * dV / dT, oblicz oba przyjmując minimalną wartość obu. odnosić się do. Pytanie o prąd rozruchowy w LDO

sprawdź wymagany maksymalny prąd.

z cewką i ochroną mogą być wykonalne w przypadku konstrukcji o niskim natężeniu prądu.

— użytkownik19579
źródło

2

Kondensatory tantalowe mają maksymalny prąd szczytowy i naprawdę powinieneś się tym martwić (a raczej wziąć to pod uwagę w swoim projekcie). Tantale są znane z poważnego uszkodzenia, nawet gdy maks. napięcie lub prąd są naruszane tylko raz i tylko na krótko.

Przykładowe wytyczne aplikacji od AVX, KEMET i innych zapewnią podobne informacje:

1.2.4 Wpływ skoków

Solidne kondensatory Tantal i OxiCap® mają ograniczoną zdolność do wytrzymywania skoków napięcia i prądu. Jest to wspólne z wszystkimi innymi kondensatorami elektrolitycznymi i wynika z faktu, że działają one pod bardzo wysokim obciążeniem elektrycznym w dielektryku. Na przykład 6-woltowy kondensator tantalowy ma pole elektryczne 167 kV / mm, gdy pracuje przy napięciu znamionowym. Kondensatory OxiCap® działają w polu elektrycznym znacznie mniejszym niż 167 kV / mm. [...] Stałe kondensatory tantalowe i OxiCap® mają zdolność samonaprawiania się dzięki warstwie półprzewodnikowej z dwutlenkiem manganu stosowanej jako płyta ujemna. Jest to jednak ograniczone w aplikacjach o niskiej impedancji. W przypadku obwodów o niskiej impedancji kondensator może być obciążony skokami prądu.

Obniżenie wartości kondensatora zwiększa niezawodność elementu. [...] W obwodach, które podlegają szybkiemu ładowaniu lub rozładowaniu, zalecany jest rezystor ochronny 1Ω / V. Jeśli jest to niemożliwe, w kondensatorach tantalowych należy zastosować współczynnik obniżania wartości do 70%. [...]

( Źródło )

Również indukcyjność przewodów między źródłem a wejściem urządzenia może powodować pewne dzwonienie wraz z kondensatorami wejściowymi, co może prowadzić do nieoczekiwanie wysokich napięć i naruszenia maks. napięcie udarowe . Mówią ci, abyś użył obniżenia wartości 70% (!) Z jakiegoś powodu podczas używania czapek tantalu.

Aluminiowe kondensatory elektrolityczne są bardziej nadużywane.

— zebonaut
źródło

0

Głównym powodem, dla którego znam wartość prądu tętnienia, jest ciepło wytwarzane przez prąd przepływający przez ESR kondensatora. W przypadku włączania jest tylko jedno zdarzenie, które nie wytworzy wystarczającej ilości ciepła, aby uszkodzić element, chyba że dzieje się coś naprawdę ezoterycznego.

Możesz łatwo obliczyć prąd rozruchowy; podzielić napięcie wejściowe przez ESR kondensatora; jest to maksymalny prąd rozruchowy już na początku. Oczywiście równanie różnicowe ładowania oznacza, że natychmiast zacznie widzieć niższy prąd.

— Jon Watte
źródło