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电子设计教程39:软启动电路-观察浪涌电流

程序员文章站 2022-06-09 19:04:59
  电路板的电源入口,一般来说都会有较大的电容,在通电的一瞬间,电容由于自身的等效电阻很小,所以瞬间电流非常大。这个电流被称为浪涌电流。浪涌电流持续时间很短,峰值远大于正常工作时的电流,可能会导致某些器件损坏,也可能导致电源电压瞬间降低,影响其它设备工作。观察浪涌电流的思路  浪涌电流用万用表无法观察到,需要用电流采样电路+示波器观察。  在电路中串联一个阻值小且精确的采样电阻,然后使用示波器观察电阻两端的电压差,就可以根据瞬间的电压波形推算出瞬间的电流。此电阻阻值必须小,不能影响到电路正常工作;但是...

  电路板的电源入口,一般来说都会有较大的电容,在通电的一瞬间,电容由于自身的等效电阻很小,所以瞬间电流非常大。这个电流被称为浪涌电流。浪涌电流持续时间很短,峰值远大于正常工作时的电流,可能会导致某些器件损坏,也可能导致电源电压瞬间降低,影响其它设备工作。

观察浪涌电流的思路

  浪涌电流用万用表无法观察到,需要用电流采样电路+示波器观察。

  在电路中串联一个阻值小且精确的采样电阻,然后使用示波器观察电阻两端的电压差,就可以根据瞬间的电压波形推算出瞬间的电流。此电阻阻值必须小,不能影响到电路正常工作;但是如果阻值太小,低于示波器的最小量程,会无法准确测量电压差。例如,采用10mΩ的采样电阻,在电流为0.1A的时候,只会产生1mV的电压。1mV是常见示波器的最小量程,多数情况下,示波器由于受到干扰而产生的底噪都会高于1mV。
  因此,常常先用运放电路,把采样电阻两端的电压差放大若干倍,再用示波器测量。之前学过的交流运放电路就可以实现这个功能。
电子设计教程39:软启动电路-观察浪涌电流

  但是交流信号运算放大电路的放大倍数依赖于电阻的精度。常见的1%电阻不够精确。
  如果想精确控制放大电路的倍数,可以采用功能放大器。我们需要放大器有较高的共模抑制比,对信号的差值极敏感,对共模量不敏感。例如我们采用的INA213,共模抑制比达到120dB。除此之外,INA213内部集成了高精度的电阻对,放大倍数是固定的,也是精准的。
电子设计教程39:软启动电路-观察浪涌电流

  可以看出此电路的放大倍数为50倍。如果流过采样电阻的电流大小为I,电流采样电路的输出电压为V,采用10mΩ的采样电阻,那么:
I * 0.01 * 50 = V
  化简可得I=2V,即电流采样电路的输出电压为1伏,那么流过采样电阻的电流大小为2安。使用电流采样电路加示波器,可以观察到浪涌电流。

浪涌电流的波形

  很多电源自带限流功能,可以避免输出电流过大,烧坏后续电路板,因此无法观察到浪涌电流。为了观察到浪涌电流,我把软启动电路板的输入端放置大容量电容Cin,相当于电源不防浪涌的输出端;在电路板的输出端也放置大电容CL,作为负载的输入端。电源与电路板连接时,将Cin充满电;闭合开关的瞬间,Cin为CL充电,两者间电阻极小,故浪涌电流极大。
电子设计教程39:软启动电路-观察浪涌电流

  下图是浪涌电流的波形图,黄色是电流采样电路的输出,通过公式I=2V可以计算出浪涌电流的大小。蓝色是负载电容的电压。
电子设计教程39:软启动电路-观察浪涌电流

  可以看出,开关闭合过程中,由于弹性触点的临界状态,会产生不止一次(3次)浪涌电流,浪涌电流大小超过10A,由于电流采样电路限制,只能观察到5V的电压,所以只能显示10A。浪涌电流随着两个电容压差的增大而减小,持续时间不超过1ms。

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