Arus Masuk Kapasitor

11

Saya harus menyaring rangkaian kontrol daya dan seperti biasa saya menggunakan banyak kapasitor secara paralel. Beberapa kapasitor ini adalah jenis Tantalum atau Aluminium Polimer, dengan peringkat arus riak 3 amp atau lebih ... dalam operasi normal arus riak akan baik-baik saja, tetapi ketika baterai pertama kali dipasang pada rangkaian, saya berharap kapasitor akan berperilaku seperti korsleting, mengkonsumsi arus lonjakan besar yang melebihi arus riaknya.

Apakah saya harus khawatir tentang ini dan membuat semacam rangkaian start lambat untuk mengisi kapasitor, atau tidak apa-apa?

Contoh rangkaian:

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

capacitor inrush-current

— mFeinstein
sumber

3

"harus khawatir" adalah masalah yang cukup luas. Ini benar-benar tergantung pada kemampuan sumber dan beban Anda. Bagaimanapun, semacam NTC pada input tegangan Anda mungkin bukan ide yang buruk. Tetapi kita perlu beberapa informasi lebih lanjut tentang ukuran / jenis aplikasi. Juga, saya ingin sedikit mengubah nilai kapasitor individu saya untuk mengoptimalkan respon frekuensi total. Alih-alih lima tutup 2.2uF saya mungkin menggunakan satu 4,7, satu 2,2, satu 1,0 dan satu 0,1. Sesuatu seperti itu.

— scld

1

@ ChrisL itu jawaban yang layak, Anda harus mempostingnya sebagai satu.

— Andy alias

Chris, saya lebih suka tidak memiliki NTC karena ini adalah aplikasi kontrol motor dan arus tinggi diharapkan ... juga kapasitor ini dipilih berdasarkan simulasi untuk memisahkan jam yang saya miliki

— mFeinstein

Apakah ada semacam regulator hilir dari ini?

— Matt Young

8

NTC harus berfungsi dengan baik, karena transien apa pun akan disuplai dari kapasitor di lain waktu.

Namun, berikut ini adalah rangkaian soft start yang cukup sederhana dengan perbedaan kecil dari yang terlihat pada umumnya dengan sirkuit RC di gerbang MOSFET - Saya menambahkan beberapa umpan balik negatif ke emitor NPN untuk mengontrol waktu naik lebih dapat diprediksi.
Penafian - Saya belum menguji sirkuit ini, hanya dengan cepat dilempar bersama dalam SPICE, semoga saya tidak melewatkan sesuatu yang bodoh. Jelas Anda dapat mengubah nilai yang sesuai dengan tujuan Anda.

masukkan deskripsi gambar di sini

EDIT - nomor bagian MOSFET bukan rekomendasi (terima kasih Zebonaut) bukan hanya bagian SPICE acak. Pastikan untuk memilih bagian yang cocok untuk persyaratan sirkuit. NPN dapat menjadi bagian tujuan umum apa pun (seperti 2N3904)

Simulasi:

masukkan deskripsi gambar di sini

— Oli Glaser
sumber

2

Sirkuit MOSFET ini bagus dan elegan. Namun, pastikan untuk memeriksa Area Operasi Aman MOSFET (Dalam kasus ini: fairchildsemi.com/ds/FD/FDS4559.pdf , halaman 9). Dengan arus kira-kira. 15 mA (seperti di sini), semuanya baik-baik saja, tetapi lebih dari 100 mA pada 12 V sudah terlalu banyak. Cukup tak terduga untuk perangkat dengan peringkat 3,5 A! Ini sedikit diketahui tetapi sangat umum, terutama untuk MOSFET modern yang dirancang untuk berpindah aplikasi bila digunakan dalam sirkuit hot-swap (mode linear) seperti di sini. Lihat juga: electronics.stackexchange.com/a/36625/930

— zebonaut

@Oli Glaser, apakah Anda pikir Anda dapat menggabungkan sirkuit ini dengan perlindungan tegangan balik seperti ini? hackaday.com/2011/12/06/reverse-voltage-protection-with-ap-fet

— mFeinstein

@ mFeinstein - ya, saya pikir itu akan berfungsi dengan baik.

— Oli Glaser

@zebonaut - poin bagus, saya sebenarnya baru saja mengambil FET secara acak dari daftar di LTSpice, jadi nomor bagian tidak dimaksudkan sebagai rekomendasi sama sekali (saya sering lupa menyebutkan ini) Anda cukup benar tentang grafik SOA, sangat berguna untuk mendapatkan ide yang bagus tentang bagian tersebut (seperti yang Anda katakan, banyak MOSFET dirancang dengan mengubah pikiran, dan beberapa bahkan tidak memiliki peringkat DC pada grafik SOA)

— Oli Glaser

@ OliGlaser Saya bertanya ini karena dalam rangkaian yang disajikan Hackaday, MOSFET dibalik sehingga dengan cara ini dioda internal (yang tidak ditunjukkan dalam simulasi) memblokir setiap arus yang mengalir ke arah yang salah.

— mFeinstein

3

ikuti catatan aplikasi ini juga.

jika arus input sangat kurang, coba dengan pembatasan arus Induktor.

Saya hanya menulis ulang beberapa kata dari posting di forum lain

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

"Puncak arus maks mungkin adalah Vpeak * 2 / (w * L). Namun, induktor tidak hanya akan membatasi arus masuk juga akan membatasi arus keadaan tunak sehingga Anda harus memilih nilai sehingga tidak berubah undian arus asli terlalu banyak. Jadi artinya ini adalah jika Anda memiliki perangkat yang menarik 5 amp secara normal tetapi memiliki lonjakan 100 amp, Anda harus memilih induktor yang membatasi lonjakan arus hingga 20 amp atau sesuatu sehingga setelah periode inrush selesai perangkat masih beroperasi secara normal.

Juga, ketika menggunakan induktor Anda harus berhati-hati untuk tidak memutuskannya tiba-tiba dari sirkuit atau mereka bisa meledak komponen lain, bahkan switch.

Anda mungkin dapat menggunakan induktor dan semacam rangkaian switching yang menyingkat induktor setelah waktu inrush berakhir. "

mencoba untuk menghitung arus masuk, yang berisi 2 faktor satu didasarkan pada ESR dari kapasitor dan Lainnya didasarkan pada i = C * dV / dT, menghitung keduanya mengambil nilai minimum keduanya. mengacu pada. Pertanyaan tentang Arus Masuk di LDO

periksa tentang arus maksimum yang diperlukan.

dengan induktor dan perlindungan mungkin layak untuk desain arus rendah.

— pengguna19579
sumber

2

Kapasitor Tantalum memiliki peringkat arus puncak maksimum, dan Anda memang harus khawatir tentang hal itu (atau lebih tepatnya, pertimbangkan dalam desain Anda). Tantalum terkenal karena menjadi sangat rusak bahkan ketika maks. Peringkat tegangan atau arus dilanggar hanya sekali, dan hanya sebentar saja.

Contoh pedoman aplikasi dari AVX, KEMET, dan lainnya mungkin akan memberi Anda informasi yang serupa:

1.2.4 Pengaruh lonjakan

Kapasitor Tantalum dan OxiCap® yang solid memiliki kemampuan terbatas untuk menahan lonjakan tegangan dan arus. Ini sama dengan semua kapasitor elektrolit lainnya dan karena fakta bahwa mereka beroperasi di bawah tekanan listrik yang sangat tinggi di dielektrik. Misalnya kapasitor tantalum 6 volt memiliki Medan Listrik 167 kV / mm ketika dioperasikan pada tegangan pengenal. Kapasitor OxiCap® beroperasi pada medan listrik secara signifikan kurang dari 167 kV / mm. [...] Kapasitor tantalum padat dan OxiCap® memiliki kemampuan penyembuhan sendiri yang disediakan oleh lapisan semikonduktor Mangan Dioksida yang digunakan sebagai pelat negatif. Namun, ini terbatas pada aplikasi impedansi rendah. Dalam kasus sirkuit impedansi rendah, kapasitor cenderung ditekankan oleh lonjakan arus.

Penurunan kapasitor meningkatkan keandalan komponen. [...] Di sirkuit yang mengalami pengisian atau pelepasan cepat, resistor pelindung 1Ω / V direkomendasikan. Jika ini tidak mungkin, faktor penurunan hingga 70% harus digunakan pada kapasitor tantalum. [...]

( Sumber )

Juga, induktansi kabel antara sumber Anda dan input perangkat dapat menyebabkan beberapa dering bersamaan dengan kapasitor input, yang dapat menyebabkan tegangan tinggi yang tidak terduga dan pelanggaran maks. peringkat tegangan lonjakan . Mereka memberitahu Anda untuk menggunakan penurunan 70% (!) Karena suatu alasan ketika menggunakan topi tantalum.

Kapasitor elektrolit aluminium lebih banyak menyalahgunakan.

— zebonaut
sumber

0

Alasan utama yang saya tahu untuk nilai arus riak adalah panas yang dibangun oleh arus yang mengalir melalui ESR kapasitor. Untuk kasing yang menyala, hanya ada satu peristiwa, dan itu tidak akan menghasilkan panas yang cukup untuk merusak komponen, kecuali sesuatu yang benar-benar esoteris sedang terjadi.

Anda dapat menghitung arus masuk dengan mudah; membagi tegangan input dengan ESR dari kapasitor; ini adalah arus lonjakan maksimum tepat di awal. Tentu saja persamaan diferensial pengisian berarti akan segera mulai melihat arus yang lebih rendah.

— Jon Watte
sumber