一文了解如何避免电容器充电会时导致的涌入电流

在大多数系统中,为了确保电源轨电压不会出现压降,电容器遍布于整个设计中。在大型电器设备中,浪涌电流是必定存在的。这是因为在接通或断开的瞬间,电网中的电杆会产生浪涌电压,从而引发浪涌电流。如果浪涌电流过大,就会损毁设备导致无法工作。

 
图1显示的是一个使用一个电源—DC/DC,低压降 (LDO) 稳压器,或者外部电源—为一个下游负载供电的系统示例。
一文了解如何避免电容器充电会时导致的涌入电流
                                                                         图1:典型配电电路
 
系统启动时,电源将上升到经稳压电压。随着电压增加,一股涌入电流进入未被充电的电容器。当电容负载被切换到一个电源轨,并且必须被充电至那个电压电平时,也会产生涌入电流。进入这个电容器的涌入电流的数量由电压斜升的斜率决定,由方程式1表示:
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                                                                                               (1)
 
在这里,IINRUSH 表示由电容所导致的涌入电流的数量,C代表总电容值,dV是斜升期间电压的变化量,而dt是电压斜升时的上升时间。
 
涌入电流带来的问题
 
主要有两个与涌入电流相关的顾虑。第一个顾虑就是电路板上的迹线和组件的绝对最大电流额定值。全部接头和端子块都具有特定的电流额定值,如果超过了这些额定值的话,会损坏这些部件。相似的,在进行PCB迹线设计时,都要将特定的电流承载能力考虑在内,而这些PCB迹线也存在被损坏的风险。
 
不过,在针对较大涌入电流峰值进行设计时,将会导致较厚的PCB迹线和更加耐用的接头,而这会增加总体设计的尺寸和成本。随着涌入电流的减少,你可以优化这些迹线和接头,以实现更小巧、价格更低的设计。
 
第二个担心就是当电容负载接通至已经稳定的电压轨时会出现问题。如果这个电源不能处理为这个电容器重现所需要的涌入电流数量,那么这个电压轨上的电压将被下拉。图2显示了这一运行方式。
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