Пусковий струм в dc

Пусковий струм - це піковий струм, що виникає в ланцюгах джерела живлення при включенні. На малюнку 1 показана стандартна система джерела живлення. Вхідний фільтр електромагнітних завад (EMI-фільтр) включає в себе конденсатор, який підключається до вхідних лінії. DC / DC-перетворювач також має конденсатори, які підключаються на вході і виході. Крім того, до навантаження може підключатися додатковий конденсатор. Для кожного з цих конденсаторів потрібно струм зарядки для забезпечення потрібного рівня напруги для сталого режиму роботи. Таким струмом є пусковий струм.

Високий пусковий струм залежить від конкретно обраних елементів схеми. Існує проблема, яка полягає в тому, що великі скачки струму можуть створювати електромагнітні завади в прилеглих схемах і приводити в дію (активізувати) елементи захисту ланцюгів на вході, наприклад запобіжник або напівпровідникову захист від надструмів.

Крива пускового струму

Типова крива пускового струму показана на малюнку 2. На ній видно два пікових стрибка струму. Перший стрибок пускового струму відзначається при включенні джерела вхідної напруги. Такий піковий струм протікає через конденсатори EMI-фільтра і вхідний конденсатор DC / DC-перетворювача, заряджаючи їх до рівня, необхідного для стійкого режиму роботи. Другий стрибок струму спостерігається при включенні DC / DC-перетворювача. Такий піковий струм тече через силовий трансформатор DC / DC-перетворювача і вихідний конденсатор і, в свою чергу, заряджає їх до необхідного для стійкого режиму роботи рівня.

Перший пік струму часто називається пусковим піком. Його пікове значення і форма значно залежать від характеристик джерела вхідного харчування, часу підвищення напруги і опору джерела живлення. Різко піднімається вгору коливання вхідного напруги, як у випадку замикання пускового перемикача, буде відповідати високим і вузькою кривої піку. Більш повільне і плавне наростання вхідної напруги, наприклад на виході будь-якого вхідного електронного пристрою або конденсаторної батареї, буде відповідати більш м'якому піку.

Пікове значення пускового струму визначається рівнянням i = Cхdv / dt, де С - ємнісний опір, загальний опір EMI-фільтра і вхідного опору DC / DC-перетворювача, а dv / dt - це крутизна кривої напруги. Пік струму фіксується тільки один раз, якщо джерело вхідної напруги характеризується дуже швидким часом відновлення напруги. Для цього джерело повинен володіти достатнім запасом потужності. Як правило, різка зміна напруги буває тільки у випадках механічного перемикання навантаження або замикання реле. Якщо джерелом живлення є імпульсний перетворювач, напівпровідниковий регулятор потужності або конденсаторна батарея, то тривалість імпульсу буде більш тривалою. Зазвичай тривалість імпульсу вихідного напруги імпульсних перетворювачів становить кілька мілісекунд, напівпровідникових регуляторів (SSPC) зазвичай 50 мкс-500 мкс, а великих конденсаторних батарей - зазвичай не менше декількох мілісекунд. Таке тривале наростання напруги не приведе до утворення високих піків. Важливо також визначити не тільки піковий струм, але і крутизну наростання струму, щоб встановити, чи будуть приведені в дію вхідний запобіжник, вимикач і SSPC під впливом пускового струму.

Другий пік струму на малюнку 2 також є важливою частиною пускового струму. Цей стрибок відзначається, коли DC / DC-перетворювач включається і направляє струм від входу для зарядки свого вихідного конденсатора і конденсатора навантаження. Стандартні криві струму включення показані на малюнку 3. Струм включення залишається однаковим, незалежно від того, чи включається перетворювач під впливом вхідної напруги або керуючим сигналом.

Для DC / DC-перетворювачів компанії VPT використовується запатентована схема зворотного магнітної зв'язку з жорстким контролем внутрішнього циклу запуску і чіткої і плавною подачею вихідної напруги. Плавне подача напруги забезпечує контрольоване зміна на виході і меншу крутизну dv / dt. Завдяки м'якому пуску вхідний струм зазвичай не перевищує значення вхідного струму стійкого режиму роботи перетворювача під час пуску.

DC / DC-перетворювачі компанії VPT також характеризуються безперервним постійним граничним струмом на виході. Вони подають весь обсяг номінального струму на джерело навантаження, не дають збоїв і не відключаються, викликаючи необхідність перезапуску. Це дозволяє їм запускати будь-конденсатор джерела навантаження, незалежно від ємності. У разі використання дуже великих ємнісних навантажень DC / DC-перетворювач входить в режим обмеження струму. В даному випадку вхідний струм не повинен більш ніж в 1,5 рази перевищити номінальний струм роботи. Цього було достатньо, щоб не створювати перешкоди для і / або активувати захисні пристрої на вході. Другий стрибок пускового струму не робить негативного впливу на DC / DC-перетворювачі в рамках конструкції системи.

Обмеження активного стрибка

У деяких випадках потрібно обмежити стрибок струму, що йде на вхідні конденсатори. Єдина можливість зробити це - включити в ланцюг послідовний елемент перед конденсаторами. На малюнку 4 показана базова схема обмеження стрибка струму. Послідовний резистор R1 обмежує вхідний струм, поки будуть досить заряджені конденсатори. Після зарядки вхідних конденсаторів реле S1 замикається і повний обсяг струму подається на DC / DC-перетворювач.

Для обмеження пускового струму може також використовуватися дросель. Для такого рішення не потрібно обхідного контуру, так як постійний струм проходить через нього з низькими втратами. Разом з тим, як правило, потрібен великий номінал індуктивності для ефективного обмеження пускового струму. Необхідно виявляти обережність, так як дросель може утворювати резонансний контур з вхідним фільтром або з внутрішнім контуром зворотного зв'язку DC / DC-перетворювача, викликаючи нестабільність роботи системи. Звичайно потрібно установка додаткових компонентів для зниження виник резонансу.

Інша поширена схема зображена на малюнку 5. У ній використовується послідовний МОП-транзистор VT1. Транзистор VT1 зазвичай знаходиться у вимкненому стані, при цьому через резистор R2 подається низька напруга на затвор. При подачі вхідної напруги харчування на затвор подається через R1. Час включення транзистора VT1 обмежується часом зарядки конденсатора С1. Значення R1 і С1 підбираються такі, щоб вхідні конденсатори заряджалися повільно, обмежуючи при цьому пусковий струм. Після зарядки вхідних конденсаторів на затвор транзистора VT1 подається напруга до такого значення, поки воно не буде обмежена стабілітроном. При цьому транзистор VT1 залишається повністю включеним.

Дана схема може бути змінена шляхом підключення транзистора VT1 до плюса живильного проводу. Харчування може подаватися точно так же за допомогою використання Р-канального МОП-транзистора. Можливо також використання N-канального МОП-транзистора, але з подачею живлення на затвор через генератор або окреме джерело живлення. Існує безліч інших схем обмеження пускового струму. Всі вони використовують послідовне пристрій в первинному ланцюзі і працюють приблизно по одній і тій же схемі. Важливо, щоб завжди при закінченні зарядки конденсаторів послідовне пристрій було шунтований або повністю включено в цілях зниження опору і втрати потужності. Також важливо, щоб контроль пускового струму не приводив до виникнення шуму і перешкод у вхідній лінії, так як він здійснюється до EMI-фільтра.

Вхідні модулі з обмеженням пускового струму

У багатьох вхідних модулях компанії VPT передбачена вбудована система обмеження пускового струму (таблиця 1). У кожному модулі використовується послідовний N-канальний МОП-транзистор, підключений до плюса живильного проводу. N-канальний МОП-транзистор забезпечує найнижчий опір у відкритому стані з метою мінімальних втрат потужності. Завдяки підключенню його до плюса живильного джерела зворотна ланцюг залишається замкнутої, що спрощує конструкцію системи. У таких моделях МОП-транзистор використовується в двох цілях. Він також забезпечує захист від вхідної напруги під час перехідного режиму.

Моделі DV-704A і DVMN28 включають EMI-фільтр і обмеження пускового струму. Обидві схеми оптимізовані для спільної роботи. Ланцюг пускового струму обмежує будь-який струм, що надходить в EMI-конденсатори, але не викликає ніяких додаткових електромагнітних завад у вхідних лініях, як це може відбуватися в разі дискретних контурів. Модель VPTPCM-12 містить ланцюг контролю пускового струму, яка обмежує пусковий струм на конденсаторах даної моделі і на конденсаторах в навантаженні. Але в ній також є перемикачі, внаслідок чого можуть знадобитися додаткові EMI-фільтри на вході.

Пусковий струм - це піковий струм, що виникає при подачі або включенні напруги. У деяких випадках може бути необхідне обмеження стрибка струму у вхідних конденсаторах. Це вимагає побудови додаткової схеми. А із застосуванням DC / DC-перетворювачів компанії VPT багато систем харчування будуть відповідати необхідним вимогам без побудови спеціального рішення обмеження пускового струму, що дозволить спростити схему, знизити кількість елементів, розмір і ціну на компоненти, при цьому збільшивши надійність і ефективність пристрою.

Вадим Дроздов, технічний фахівець PT Electronics