- Apa itu Arus Masuk?
- Apa yang menyebabkan Arus Masuk di perangkat?
- Sirkuit Perlindungan Arus Masuk - Jenis
- Sirkuit Soft Start atau Delay
- Di mana dan mengapa kita perlu mempertimbangkan Sirkuit Perlindungan Arus Masuk?
- Bagaimana mengukur Arus Masuk:
- Faktor yang perlu dipertimbangkan saat merancang Sirkuit Perlindungan Arus Masuk:
Daya tahan dan keandalan sirkuit elektronik sangat tergantung pada seberapa baik desainnya dengan mempertimbangkan segala kemungkinan, yang secara praktis dapat terjadi ketika produk benar-benar digunakan. Hal ini terutama berlaku untuk semua unit catu daya seperti Konverter AC-DC, atau Sirkuit SMPS karena terhubung langsung ke sumber listrik AC dan beban yang bervariasi yang membuatnya rentan terhadap tegangan berlebih, lonjakan tegangan, beban berlebih, dll. Inilah sebabnya mengapa desainer menyertakan banyak jenis sirkuit Perlindungan dalam desainnya, kami telah membahas banyak sirkuit perlindungan populer yaitu
- Over Voltage Protection
- Lebih dari Perlindungan Saat Ini
- Perlindungan Polaritas Terbalik
- Perlindungan sirkuit tembakan
Sebelumnya kita telah membahas Inrush current, pada artikel kali ini kita akan membahas cara mendesain rangkaian pembatas arus inrush, untuk melindungi desain Power supply anda dari arus inrush. Pertama-tama kita akan memahami apa itu arus masuk dan alasan mengapa itu dihasilkan. Kemudian kita akan membahas berbagai jenis desain sirkuit yang dapat digunakan untuk melindungi arus masuk dan akhirnya menyimpulkan dengan beberapa tip untuk melindungi perangkat Anda dari arus masuk. Jadi, mari kita mulai.
Apa itu Arus Masuk?
Seperti namanya, istilah "arus masuk" menunjukkan bahwa ketika perangkat dihidupkan selama tahap awal, sejumlah besar arus mengalir ke sirkuit. Menurut definisi, ini dapat didefinisikan sebagai arus masukan seketika maksimum yang ditarik oleh perangkat listrik saat dihidupkan. Perilaku ini dapat diamati dengan baik pada beban induktif AC seperti Transformer dan Motor, di mana nilai arus masuk biasanya dua puluh atau tiga puluh kali lebih banyak dari nilai nominal. Meskipun nilai arus masuk sangat tinggi, itu hanya terjadi selama beberapa milidetik atau mikrodetik sehingga tidak dapat diperhatikan tanpa meteran. Arus masuk juga dapat disebut sebagai Arus lonjakan input atau Lonjakan saklarsaat ini berdasarkan kenyamanan. Karena fenomena ini lebih banyak dengan beban AC, pembatas arus arus masuk AC lebih banyak digunakan daripada rekan DC-nya.
Setiap sirkuit menarik arus dari sumber tergantung pada keadaan sirkuit. Mari kita asumsikan rangkaian yang memiliki tiga kondisi, yaitu kondisi siaga, kondisi kerja normal, dan kondisi kerja maksimum. Dalam keadaan idle, rangkaian menarik arus 1mA, dalam kondisi kerja normal rangkaian menarik arus 500mA dan dalam kondisi kerja maksimum dapat menarik arus 1000mA atau 1A. Oleh karena itu, jika rangkaian sebagian besar bekerja dalam keadaan normal, kita dapat mengatakan bahwa 500mA adalah arus kondisi-mapan untuk rangkaian, sedangkan 1A adalah arus puncak yang ditarik oleh rangkaian.
Ini cukup benar, mudah dikerjakan dan matematika sederhana. Tetapi, seperti yang diceritakan sebelumnya ada keadaan lain di mana arus yang ditarik oleh rangkaian bisa 20 atau bahkan 40 kali lebih besar dari arus kondisi-mapan. Ini adalah keadaan awal atau daya pada tahap rangkaian. Sekarang, mengapa arus tinggi ini tiba-tiba ditarik oleh rangkaian karena nilainya untuk aplikasi arus rendah? Seperti contoh sebelumnya, 1mA hingga 1000mA.
Apa yang menyebabkan Arus Masuk di perangkat?
Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut kita harus masuk ke magnetika induktor dan kumparan motor, tetapi untuk memulai mari kita pertimbangkan bahwa, ini seperti memindahkan lemari besar atau menarik mobil, pada awalnya, kita membutuhkan energi yang tinggi, tetapi ketika benda-benda mulai bergerak, menjadi lebih mudah. Hal yang persis sama terjadi di dalam sirkuit. Hampir setiap rangkaian, terutama catu daya, menggunakan kapasitor dan induktor bernilai besar, choke, dan Transformers (induktor besar) yang semuanya menarik arus awal yang besar untuk mengembangkan medan magnet atau listrik yang diperlukan untuk pengoperasiannya. Dengan demikian input rangkaian tiba-tiba memberikan jalur resistansi rendah (impedansi) yang memungkinkan nilai arus yang besar mengalir ke rangkaian.
Kapasitor dan induktor berperilaku berbeda saat berada dalam kondisi terisi penuh atau kondisi pelepasan. Misalnya, kapasitor ketika dalam kondisi kosong penuh bertindak sebagai korsleting karena impedansinya rendah, sedangkan kapasitor yang terisi penuh menghaluskan dc jika dihubungkan sebagai kapasitor filter. Namun, itu adalah rentang waktu yang sangat kecil; dalam beberapa milidetik kapasitor akan terisi. Anda juga dapat membaca tentang nilai ESR dan ESL kapasitor untuk lebih memahami cara kerjanya di rangkaian.
Di sisi lain, Transformer, motor, dan induktor (semua hal yang terkait dengan kumparan) menghasilkan ggl balik selama startup, juga membutuhkan arus yang sangat tinggi selama status pengisian daya. Biasanya, beberapa siklus arus diperlukan untuk menstabilkan arus input ke kondisi-mapan. Anda juga dapat membaca tentang nilai DCR pada induktor untuk lebih memahami bagaimana induktor bekerja di suatu rangkaian.
Pada gambar di atas, grafik saat ini vs. waktu ditampilkan. Waktu ditampilkan dalam milidetik, tetapi itu juga bisa dalam mikrodetik. Namun, selama startup, arus mulai meningkat dan arus puncak maksimum adalah 6A. Ini adalah arus masuk yang ada untuk rentang waktu yang sangat singkat. Tetapi setelah arus masuk, aliran arus menjadi stabil pada nilai 0,5A atau 500mA. Ini adalah arus kondisi-mapan dari rangkaian.
Oleh karena itu, ketika tegangan input diterapkan ke catu daya atau di rangkaian yang memiliki kapasitansi atau induktansi yang sangat tinggi atau keduanya, arus inrush terjadi. Arus awal ini seperti yang ditunjukkan pada grafik arus masuk menjadi sangat tinggi yang menyebabkan sakelar input meleleh atau meledak.
Sirkuit Perlindungan Arus Masuk - Jenis
Ada banyak metode untuk melindungi perangkat Anda dari arus masuk dan berbagai komponen tersedia untuk melindungi rangkaian dari arus masuk arus. Berikut adalah daftar metode efektif untuk mengatasi arus masuk saat ini-
Metode batas resistor
Ada dua cara untuk merancang pembatas arus masuk menggunakan metode batas resistor. Yang pertama adalah menambahkan resistor seri untuk mengurangi aliran arus di jalur rangkaian dan yang lainnya adalah menggunakan impedansi filter saluran pada input supply AC.
Tetapi metode ini bukan cara yang efisien untuk menambahkan rangkaian arus keluaran tinggi. Alasannya jelas karena termasuk resistensi. The resistor arus masuk akan memanas selama operasi normal dan mengurangi efisiensi. Watt resistor tergantung pada kebutuhan aplikasi, biasanya berkisar antara 1W hingga 4W.
Termistor atau pembatas arus berbasis NTC
T hermistor adalah resistor berpasangan suhu yang mengubah resistansi tergantung pada suhu. Dalam arus masuk NTC, rangkaian pembatas arus mirip dengan metode pembatas resistor, Termistor atau NTC (koefisien suhu negatif) juga digunakan secara seri dengan input.
Termistor memiliki karakteristik nilai resistansi yang berubah pada temperatur yang berbeda, khususnya pada temperatur rendah Thermistor berperilaku seperti resistor nilai tinggi, sedangkan pada temperatur tinggi memberikan resistansi nilai rendah. Properti ini digunakan untuk aplikasi pembatas arus masuk.
Selama permulaan awal rangkaian, NTC memberikan resistansi bernilai tinggi yang mengurangi aliran arus masuk. Namun pada saat rangkaian masuk ke kondisi steady-state, suhu NTC mulai meningkat yang selanjutnya mengakibatkan resistansi rendah. NTC adalah metode yang sangat efektif untuk mengendalikan arus masuk saat ini.
Sirkuit Soft Start atau Delay
Berbagai jenis pengatur tegangan Konverter DC / DC menggunakan rangkaian soft start atau delay untuk mengurangi efek arus masuk. Jenis fungsionalitas seperti itu memungkinkan kita untuk mengubah waktu naik keluaran yang secara efektif mengurangi arus keluaran ketika dihubungkan ke beban kapasitif bernilai tinggi.
Misalnya, 1.5A Ultra-LDO TPS742 dari Texas Instruments menawarkan pin soft-start yang dapat diprogram di mana pengguna dapat mengkonfigurasi Linear Start Up menggunakan kapasitor eksternal sederhana. Pada diagram rangkaian di bawah ini, contoh rangkaian TPS742 ditunjukkan di mana waktu mulai lunak dapat dikonfigurasi menggunakan pin SS dengan menggunakan kapasitor CSS.
Di mana dan mengapa kita perlu mempertimbangkan Sirkuit Perlindungan Arus Masuk?
Seperti dibahas sebelumnya, rangkaian di mana terdapat kapasitansi atau induktansi bernilai tinggi, diperlukan rangkaian proteksi arus masuk. Rangkaian arus masuk menstabilkan kebutuhan arus tinggi pada tahap awal awal rangkaian. Rangkaian pembatas arus masuk membatasi arus input dan menjaga sumber dan perangkat host lebih aman. Karena arus masuk yang tinggi meningkatkan peluang kegagalan rangkaian dan itu perlu ditolak. Arus masuk berbahaya karena alasan berikut-
- Arus masuk yang tinggi mempengaruhi catu daya sumber.
- Seringkali arus masuk yang tinggi menjatuhkan tegangan sumber dan menghasilkan reset brownout untuk sirkuit berbasis mikrokontroler.
- Dalam beberapa kasus, jumlah arus yang disuplai ke rangkaian melampaui tegangan maksimum yang dapat diterima dari rangkaian beban, menyebabkan kerusakan permanen pada beban.
- Pada motor AC tegangan tinggi, arus masuk yang tinggi menyebabkan sakelar daya trip atau terkadang padam.
- Jejak papan PCB dibuat untuk membawa nilai arus tertentu. Arus yang tinggi berpotensi melemahkan jejak papan PCB.
Oleh karena itu untuk meminimalisir pengaruh arus inrush, penting untuk menyediakan rangkaian pembatas arus inrush dimana kapasitansi masukannya sangat tinggi atau memiliki induktansi yang besar.
Bagaimana mengukur Arus Masuk:
Tantangan utama dalam mengukur arus masuk adalah rentang waktu yang cepat. Arus masuk terjadi selama beberapa milidetik (atau bahkan mikrodetik) tergantung pada kapasitansi beban. Nilai rentang waktu umumnya berbeda antara 20-100 milidetik.
Salah satu cara termudah adalah dengan menggunakan penjepit meteran khusus yang memiliki opsi untuk mengukur arus masuk. Meteran dipicu oleh arus tinggi dan mengambil banyak sampel untuk mendapatkan arus masuk maksimum.
Metode lain adalah dengan menggunakan osiloskop frekuensi tinggi tetapi proses ini agak rumit. Seseorang perlu menggunakan resistor shunt bernilai sangat rendah dan membutuhkan dua saluran untuk terhubung melintasi resistor shunt. Dengan menggunakan fungsi yang berbeda dari kedua probe ini, kita bisa mendapatkan arus puncak maksimum. Perlu berhati-hati saat menghubungkan probe GND, koneksi yang salah di resistor dapat menyebabkan korsleting. GND harus dihubungkan ke sirkuit GND. Gambar di bawah ini adalah representasi dari teknik yang disebutkan di atas.
Faktor yang perlu dipertimbangkan saat merancang Sirkuit Perlindungan Arus Masuk:
Beberapa faktor dan spesifikasi yang berbeda perlu dipertimbangkan sebelum memilih metode pembatasan arus masuk. Berikut adalah daftar beberapa parameter penting -
1. Nilai kapasitansi beban
Kapasitansi beban adalah parameter penting untuk memilih spesifikasi rangkaian pembatas arus masuk. Kapasitansi tinggi membutuhkan arus transien tinggi selama penyalaan. Untuk kasus seperti itu, diperlukan sirkuit mulai lunak yang efektif.
2. Peringkat arus kondisi-mapan
Arus kondisi-mapan merupakan faktor yang sangat besar untuk efisiensi pembatas arus. Misalnya, arus kondisi-mapan yang tinggi dapat menyebabkan peningkatan suhu dan efisiensi yang buruk jika metode batas resistor digunakan. Rangkaian pembatas arus berbasis NTC bisa jadi pilihan.
3. Mengalihkan waktu
Seberapa cepat beban hidup atau mati selama jangka waktu tertentu adalah parameter lain untuk memilih metode pembatasan arus masuk. Misalnya, jika waktu nyala / mati sangat cepat maka NTC tidak dapat melindungi rangkaian dari arus masuk. Karena, setelah reset siklus pertama, NTC tidak menjadi dingin jika rangkaian beban dimatikan dan dinyalakan dalam rentang waktu yang sangat singkat. oleh karena itu resistansi awal awal tidak dapat ditingkatkan dan arus masuk akan dilewati melalui NTC.
4. Operasi tegangan rendah dan arus rendah
Dalam kasus tertentu, selama desain sirkuit, jika sumber daya dan beban berada di dalam sirkuit yang sama, lebih bijaksana untuk menggunakan regulator tegangan atau LDO dengan fasilitas soft start untuk mengurangi arus masuk. Dalam kasus seperti itu, aplikasinya adalah aplikasi arus rendah tegangan rendah.