چگونه جریان هجومی منبع تغذیه را محدود کنیم؟

جریان هجومی منبع تغذیه

هنگام روشن کردن منبع تغذیه AC/DC، مقدار زیادی انرژی از منبع تغذیه به خازن حجیم منتقل می شود. در این قسمت از نکات تغذیه، نحوه محدود کردن جریان هجومی در منبع تغذیه AC/DC را بررسی می‌کنیم.

در نتیجه روشن کردن منبع تغذیه AC/DC، می توانید یک جریان هجومی را در ورودی منبع تغذیه در حین روشن شدن گذرا مشاهده کنید. اگر جریان هجومی بیش از حد زیاد باشد (جایی که منبع تغذیه انرژی زیادی را در مدت زمان کوتاهی کاهش می‌دهد)، ممکن است قطعات موجود در منبع تغذیه مانند فیوز و دیودهای یکسو کننده آسیب ببینند. با تخمین اوج جریان هجومی شروع کنید، این وبلاگ به شما توضیح می دهد که چگونه جریان هجومی می تواند به اجزای مدار آسیب برساند و نمونه هایی از مدار محدود کننده جریان هجومی را به شما ارائه می دهد.

ساده ترین تبدیل AC/DC، یکسو کننده نیمه موج، را در نظر بگیرید.

VF افت ولتاژ رو به جلو دیود یکسو کننده و RESR مقاومت سری معادل خازن C1 است.

با VF = 1V و RESR=1Ω، اوج جریان هجومی 168A در ورودی 120VAC است. این مقدار جریان هجومی به وضوح بیش از نرخ فعلی اکثر دیودهای مورد استفاده امروزی است. علاوه بر این، جریان هجومی می‌تواند برای مدت طولانی با ظرفیت زیادی در C1 دوام بیاورد، که می‌تواند منجر به منفجر شدن فیوز در طول گذرا برق (انرژی هجومی بیش از درجه فیوز I2t) شود.

برای جلوگیری از آسیب احتمالی قطعات ناشی از جریان هجومی، معمولاً برای منبع تغذیه AC/DC یک مدار محدود کننده هجوم لازم است. سه نوع مدارهای محدود کننده هجوم که طراحان بیشتر استفاده می کنند عبارتند از ترمیستور ضریب دمای منفی (NTC)، رله و مدار بای پس ماسفت.

یک راه موثر برای کاهش جریان هجومی، افزایش مقاومت در مسیر شارژ خازن است – با وارد کردن مقاومتی مانند آنچه در شکل 3 نشان داده شده است. ورودی 120VAC اما اگر یک مقاومت 2.5 Ω را در منبع تغذیه 200 وات برای مقاصد محدود کننده جریان قرار دهید، بیش از 7 وات اتلاف توان در مقاومت 2.5 Ω خواهید داشت.

یک راه کارآمد برای کاهش هجوم، جایگزینی مقاومت با یک ترمیستوراست. قبل از روشن شدن منبع تغذیه، ترمیستور خنک است و مقاومت بالایی دارد. از این رو، مقاومت بالا را می توان برای محدود کردن جریان هجومی در طول گذرا برق استفاده کرد.

در طول عملکرد عادی، ترمیستور گرم می شود و مقاومت پایینی دارد - بسیار کمتر از مقاومت با مقدار ثابت. به یک ترمیستور یک گزینه مدار محدود کننده جریان کم هزینه را ارائه می دهد. با این حال، هنوز هم برای یک منبع تغذیه در سطح متوسط تا بالا (300 وات – چند کیلووات) بسیار تلفات دارد. استفاده از رله می تواند از تلفات بزرگ در مدار محدود کننده جریان جلوگیری کند. رله در ابتدا خاموش است. در هنگام روشن شدن، جریان ورودی از یک مقاومت سیمانی 10Ω/10 وات عبور می کند. هنگامی که منبع تغذیه روشن می شود، یک ولتاژ بایاس تنظیم شده، 12V2، رله را روشن می کند تا اتلاف برق در مدار محدود کننده جریان در طول کارکرد عادی به حداقل برسد.

 علاوه بر رله، یک مدار بای پس ماسفت، راه دیگری را برای کاهش اتلاف توان مدار محدود کننده جریان ارائه می دهد. وقتی یک مدار تقویت کننده PFC اعمال شده است. در طول عملکرد عادی، مدار تقویت کننده ولتاژ ورودی تصحیح شده، VREC، را به سطح ولتاژ بالاتر در گره B+ (نامی 380VDC) افزایش می دهد. مدار بای پس ماسفت سطح ولتاژ B+ را تشخیص می دهد. هنگامی که ولتاژ B+ روی 380VDC بسته شد، MOSFET Q2 برای جلوگیری از تلف شدن توان زیاد در RT1 روشن می شود.

قبل از انتخاب روش محدود کردن جریان هجومی ، برخی از فاکتور ها و مشخصات مختلف مورد نیاز است. در اینجا لیستی از چند پارامتر اساسی وجود دارد 
 مقدار ظرفیت بار 
خازن بار پارامترهای اساسی برای انتخاب مشخصات مدار محدود کننده جریان هجومی است. خازن بالا هنگام راه اندازی نیاز به جریان گذرا زیاد دارد. برای چنین موردی یک مدار راه اندازی نرم موثر لازم است.
 رتبه بندی جریان حالت پایدار 
جریان پایدار عامل عظیمی برای کارایی محدود کننده جریان است. به عنوان مثال ، در صورت استفاده از روش حد مقاومت ، جریان پایدار بالا می تواند منجر به افزایش دما و بازده ضعیف شود. مدار محدود کننده جریان مبتنی بر NTC می تواند یک انتخاب باشد.
 زمان تعویض 
سرعت روشن یا خاموش شدن بار در طی یک بازه زمانی مشخص پارامتر دیگری برای انتخاب روش محدود کردن جریان هجومی است. به عنوان مثال ، اگر زمان روشن و خاموش شدن بسیار سریع باشد ، NTC نمی تواند از مدار در برابر جریان هجومی محافظت کند. زیرا ، پس از راه اندازی مجدد چرخه اول ،NTCدرصورت خاموش و روشن شدن مدار بار در مدت زمان بسیار کوتاه،سرد نمی شود. بنابراین مقاومت شروع اولیه نمی تواند افزایش یابد و جریان هجومی از طریق NTC عبور می کند.
 ولتاژ پایین و عملکرد کم جریان 
در موارد خاص ، در طول طراحی مدار ، اگر منبع تغذیه و بار در داخل یک مدار وجود داشته باشد ، استفاده از تنظیم کننده ولتاژ یا LDO با امکانات راه اندازی نرم برای کاهش جریان هجومی عاقلانه تر است. در چنین حالتی ، برنامه یک برنامه کم جریان کم ولتاژ است.

چگونه جریان هجومی را محدود کنیم؟

بله ، ما همیشه باید مراقب جریان هجومی در موتورهای القایی ، ترانسفورماتورها و در مدارهای الکترونیکی باشیم که شامل القاگر ، خازن یا هسته مغناطیسی است.  همانطور که قبلاً گفتیم ، جریان هجومی حداکثر جریان اوج است که در سیستم تجربه می شود و می تواند دو یا ده برابر جریان نامی باشد.  این جریان ناخواسته می تواند به دستگاه هایی مانند ترانسفورماتور آسیب برساند ، جریان هجومی هر وقت روشن شود ، می تواند باعث قطع جریان برق شود.  تنظیم تلورانس بریکر ممکن است به ما کمک کند ، اما اجزای آن باید از مقدار جریان اوج مقاومت کنند.
در حالی که در مدار الکترونیکی برخی از قطعات، مشخصات لازم برای مقاومت در برابر مقدار بالای جریان هجومی در مدت زمان کوتاه دارند. اما اگر مقدار هجومی بسیار بالا باشد ، برخی اجزاء خیلی گرم می شوند یا آسیب می بینند. بنابراین بهتر است در هنگام طراحی یک مدار الکترونیکی یا PCB از یک مدار حفاظت جریان داخلی استفاده کنید.