电子电路的耐用性和可靠性在很大程度上取决于考虑各种可能性的设计情况，这实际上可能在产品实际使用时发生。对于AC-DC 转换器或SMPS 电路等所有电源单元尤其如此，因为它们直接连接到交流电源和变化的负载，这使得它们容易受到过压、电压尖峰、过载等的影响。这就是为什么设计人员包括设计中的保护电路类型很多，我们已经介绍了很多流行的保护电路，即
- 过压保护
- 过流保护
- 反极性保护
- 短路保护
本文将讨论如何设计浪涌电流限制器电路，以保护您的电源设计免受浪涌电流的影响。我们将首先了解什么是浪涌电流以及它产生的原因。然后，我们将讨论可用于保护浪涌电流的不同类型的电路设计，最后总结一些保护您的设备免受浪涌电流影响的技巧。
什么是浪涌电流？
顾名思义，“浪涌电流”一词表示当设备在初始阶段打开时，大量电流涌入电路。根据定义，它可以定义为电气设备在开启时吸收的最大瞬时输入电流。在变压器和电机等交流电感负载中可以很好地观察到这种行为，其中浪涌电流值通常是标称值的二十或三十倍。即使浪涌电流的值非常高，它也只会出现几毫秒或几微秒，因此没有仪表就无法注意到。浪涌电流也可以称为输入浪涌电流或接通浪涌当前基于方便。由于这种现象更多地出现在交流负载中，因此交流浪涌电流限制器比其直流对应物使用得更多。
每个电路都根据电路的状态从源中汲取电流。让我们假设一个电路具有三种状态，即空闲状态、正常工作状态和最大工作状态。考虑在空闲状态下，电路消耗 1mA 电流，在正常工作状态下，电路消耗 500mA 电流，在最大工作状态下可以消耗 1000mA 或 1A 电流。因此，如果电路大部分工作在正常状态，我们可以说500mA是电路的稳态电流，而1A是电路汲取的峰值电流。
这是相当真实的，易于使用且数学简单。但是，如前所述，存在另一种状态，即电路汲取的电流可能是稳态电流的 20 倍甚至 40 倍。它是电路的初始状态或通电阶段。现在，为什么这个大电流会突然被电路吸收，因为它是为低电流应用而设计的？比如前面的例子，1mA到1000mA。
是什么导致设备中的浪涌电流？
要回答这些问题，我们必须了解电感器和电机线圈的磁性，但首先让我们考虑一下，就像移动一个巨大的橱柜或拉一辆汽车一样，最初，我们需要高能量，但随着事情开始移动，它变成了更轻松。完全相同的事情发生在电路内部。几乎每个电路，尤其是电源，都使用大容量电容器和电感器、扼流圈和变压器（一个巨大的电感器），所有这些都会吸收巨大的初始电流来产生其运行所需的磁场或电场。因此，电路的输入突然提供了一个低电阻（阻抗）路径，允许大量电流流入电路。
电容器和电感器在完全充电状态或放电状态时表现不同。例如，当电容器处于完全放电状态时，由于阻抗低，它会起到短路的作用，而完全充电的电容器如果连接为滤波电容器，则会平滑直流。然而，这是一个非常小的时间跨度；在几毫秒内，电容器被充电。
另一方面，变压器、电机和电感器（所有与线圈相关的东西）在启动期间会产生反电动势，在充电状态下也需要非常高的电流。通常，只需几个电流周期即可将输入电流稳定到稳定状态。
在上图中，显示了电流与时间的关系图。以毫秒为单位显示的时间，但也可以以微秒为单位。但是，在启动过程中，电流开始增加，最大峰值电流为 6A。它是存在很短时间跨度的浪涌电流。但在浪涌电流之后，电流会稳定在 0.5A 或 500mA。这是电路的稳态电流。
因此，当输入电压施加到电源或具有非常高的电容或电感或两者的电路中时，会发生浪涌电流。浪涌电流图中显示的初始电流变得非常高，导致输入开关熔化或炸毁。
浪涌电流保护电路 - 类型
有许多方法可以保护您的设备免受浪涌电流的影响，并且可以使用不同的组件来保护电路免受浪涌电流的影响。以下是克服浪涌电流的有效方法列表-
电阻限位法
使用电阻限制方法设计浪涌电流限制器 有两种方法。第一个是添加一个串联电阻以减少电路线路中的电流，另一个是在交流电源输入中使用线路滤波器阻抗。
但这种方法不是在高输出电流电路中添加的有效方法。原因很明显，因为它包括阻力。浪涌电流电阻器在正常运行期间会变热并降低效率。电阻功率取决于应用要求，通常在 1W 到 4W 之间。
基于热敏电阻或 NTC 的限流器
T热敏电阻是一种温度耦合电阻，它会根据温度改变电阻。在NTC 浪涌中，电流限制电路类似于电阻限制方法，热敏电阻或 NTC（负温度系数）也与输入串联使用。
热敏电阻具有在不同温度下电阻值变化的特性，具体而言，在低温下，热敏电阻表现得像一个高阻值电阻，而在高温下，它提供低阻值。该属性用于浪涌电流限制应用。
在电路的初始启动期间，NTC 提供高阻值电阻，可减少浪涌电流。但在电路进入稳态条件期间，NTC 的温度开始升高，进一步导致低电阻。NTC 是一种非常有效的控制浪涌电流的方法。
软启动或延迟电路
不同类型的稳压DC/DC转换器采用软启动或延迟电路来降低浪涌电流的影响。这种类型的功能使我们能够改变输出上升时间，从而在连接到高值容性负载时有效地降低输出电流。
例如，1.5A超LDO TPS742提供可编程软启动引脚，用户可以使用简单的外部电容器配置线性启动。在下面的电路图中，显示了 TPS742 的示例电路，其中软启动时间可通过使用 CSS 电容器使用 SS 引脚进行配置。
为什么需要考虑浪涌电流保护电路？
如前所述，在存在大容量电容或电感的电路中，需要一个浪涌电流保护电路。浪涌电流电路稳定了电路初始启动阶段的高电流需求。浪涌电流限制器电路限制输入电流并保持源和主机设备更安全。因为高浪涌电流会增加电路发生故障的机会，因此需要予以拒绝。浪涌电流是有害的，原因如下：
- 高浪涌电流会影响源电源。
- 通常，高浪涌电流会降低电源电压，并导致基于微控制器的电路出现掉电复位。
- 在少数情况下，提供给电路的电流量会超过负载电路可接受的最大电压，从而对负载造成永久性损坏。
- 在高压交流电机中，高浪涌电流会导致电源开关跳闸或有时会烧坏。
- PCB 板走线用于承载特定值的电流。高电流可能会削弱 PCB 板走线。
因此，为了尽量减少浪涌电流的影响，提供输入电容非常高或电感较大的浪涌电流限制器电路非常重要。
如何测量浪涌电流？
测量浪涌电流的主要挑战是快速的时间跨度。根据负载电容，浪涌电流会持续几毫秒（甚至几微秒）。时间跨度的值通常在 20-100 毫秒之间。
一种最简单的方法是使用可以选择测量浪涌电流的专用钳形表。仪表被高电流触发并进行多次采样以获得最大浪涌电流。
另一种方法是使用高频示波器，但这个过程有点棘手。需要使用一个非常低值的分流电阻器，并且需要两个通道来连接分流电阻器。通过使用这两种探头的不同功能，可以获得最大峰值电流。连接 GND 探头时需要小心，电阻上的错误连接可能导致短路。GND 需要跨接在电路 GND 上。下图是上述技术的表示。
设计浪涌电流保护电路时要考虑的因素：
在选择浪涌电流限制方法之前，需要考虑一些不同的因素和规格。以下是一些基本参数的列表 -
1.负载的电容值
负载电容是选择浪涌电流限制电路规格的重要参数。高电容在启动期间需要高瞬态电流。对于这种情况，需要一个有效的软启动电路。
2. 稳态电流额定值
稳态电流是限流器效率的一个重要因素。例如，如果使用电阻限制方法，高稳态电流可能会导致温度升高和效率降低。可以选择基于 NTC 的限流电路。
3.切换时间
在给定的时间范围内负载开启或关闭的速度是选择浪涌电流限制方法的另一个参数。例如，如果开关时间非常快，则 NTC 无法保护电路免受浪涌电流的影响。因为，在第一个周期复位之后，如果负载电路在很短的时间内关闭和打开，NTC 不会冷却下来。因此，初始启动电阻无法增加，浪涌电流通过 NTC 被绕过。
4.低电压低电流运行
在特定情况下，在电路设计过程中，如果电源和负载存在于同一电路中，则更明智的做法是使用具有软启动功能的稳压器或 LDO 来降低浪涌电流。在这种情况下，应用是低电压低电流应用。
备注：本文部分内容参考www.mrchip.cn/newsDetail/302，如果想了解浪涌电流放大器和开关应用，也可以点击访问查看。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-698918.html
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