Einschaltstrom des Kondensators

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Ich muss einen Leistungsregelkreis filtern und verwende wie üblich viele Kondensatoren parallel. Einige dieser Kondensatoren sind vom Typ Tantal oder Aluminiumpolymer mit einem Welligkeitsstrom von etwa 3 Ampere. Im Normalbetrieb ist der Welligkeitsstrom in Ordnung, aber wenn die Batterie zum ersten Mal an die Schaltung angeschlossen wird, erwarte ich, dass die Kondensatoren dies tun Verhalten Sie sich wie ein Kurzschluss und verbrauchen Sie einen großen Einschaltstrom, der den Welligkeitsstrom übersteigt.

Muss ich mir darüber Sorgen machen und eine Art langsamen Startschaltkreis erstellen, um die Kondensatoren aufzuladen, oder ist das in Ordnung?

Beispielschaltung:

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

mFeinstein
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"muss mir Sorgen machen" ist ein ziemlich weites Thema. Es hängt wirklich von den Fähigkeiten Ihrer Quelle und Ihrer Last ab. In jedem Fall ist eine Art NTC an Ihrem Spannungseingang möglicherweise keine schlechte Idee. Wir benötigen jedoch weitere Informationen zur Größe / Art der Anwendung. Außerdem möchte ich die Werte meiner einzelnen Kondensatoren leicht ändern, um den Gesamtfrequenzgang zu optimieren. Anstelle von fünf 2,2uF-Kappen könnte ich eine 4,7, eine 2,2, eine 1,0 und eine 0,1 verwenden. Sowas in der Art.
Scld
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@ChrisL das ist eine anständige Antwort, du solltest sie als eine posten.
Andy aka
Chris, ich hätte lieber keinen NTC, da dies eine Motorsteuerungsanwendung ist und hohe Stromstöße erwartet werden ... auch diese Kondensatoren werden basierend auf Simulationen zur Entkopplung meiner Uhren ausgewählt
mFeinstein
Gibt es eine Art Regler stromabwärts davon?
Matt Young

Antworten:

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Ein NTC sollte einwandfrei funktionieren, da Transienten zu einem späteren Zeitpunkt von den Kondensatoren geliefert werden.

Hier ist jedoch eine ziemlich einfache Sanftanlaufschaltung mit einem kleinen Unterschied zu denen, die üblicherweise bei einer RC-Schaltung am MOSFET-Gatter zu sehen sind. Ich habe dem Emitter des NPN eine negative Rückkopplung hinzugefügt, um die Anstiegszeit vorhersagbarer zu steuern.
Haftungsausschluss - Ich habe diese Schaltung nicht getestet, sondern nur schnell in SPICE zusammengewürfelt. Hoffentlich habe ich nichts Dummes verpasst. Natürlich können Sie Werte ändern, um sie Ihren Zwecken anzupassen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

BEARBEITEN - Die MOSFET-Teilenummer ist keine Empfehlung (danke Zebonaut), sondern nur ein zufälliger SPICE-Teil. Stellen Sie sicher, dass Sie ein geeignetes Teil für die Schaltungsanforderungen auswählen. Das NPN kann ein beliebiger Allzweckteil sein (wie der 2N3904).

Simulation:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Oli Glaser
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Diese MOSFET-Schaltung ist schön und elegant. Überprüfen Sie jedoch unbedingt den sicheren Betriebsbereich der MOSFETs (in diesem Fall: fairchildsemi.com/ds/FD/FDS4559.pdf , Seite 9). Mit einem Strom von ca. 15 mA (wie hier), alles in Ordnung, aber mehr als 100 mA bei 12 V sind schon zu viel. Ganz unerwartet für ein Gerät mit 3,5 A! Dies ist ein wenig bekanntes, aber sehr verbreitetes Problem, insbesondere bei modernen MOSFETs, die zum Schalten von Anwendungen entwickelt wurden, wenn sie in Hot-Swap-Schaltungen (linearer Modus) wie hier verwendet werden. Siehe auch: electronic.stackexchange.com/a/36625/930
Zebonaut
@Oli Glaser, denkst du, du kannst diese Schaltung mit einem Sperrspannungsschutz wie diesem kombinieren? hackaday.com/2011/12/06/reverse-voltage-protection-with-ap-fet
mFeinstein
@mFeinstein - ja, ich denke es sollte gut funktionieren.
Oli Glaser
@zebonaut - guter Punkt, ich habe gerade zufällig einen FET aus der Liste in LTSpice ausgewählt, daher war die Teilenummer überhaupt keine Empfehlung (ich vergesse oft, dies zu erwähnen). Sie haben völlig Recht mit dem SOA-Diagramm. Sehr nützlich, um eine gute Vorstellung von dem Teil zu bekommen (wie Sie sagen, viele MOSFETs sind für das Schalten konzipiert, und einige haben nicht einmal eine DC-Bewertung in der SOA-Grafik)
Oli Glaser
@OliGlaser Ich habe dies gefragt, weil in der von Hackaday präsentierten Schaltung der MOSFET umgekehrt ist, so dass seine interne Diode (die in der Simulation nicht gezeigt wird) jeglichen Strom blockiert, der in die falsche Richtung fließt.
mFeinstein
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Befolgen Sie auch diese Anwendungshinweise.

  1. http://www.bonavolta.ch/hobby/files/MotorolaAN1542.pdf

  2. https://www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-042512-120740/unrestricted/Inrush_Transient_Current_Mitigation.pdf .

Wenn der Eingangsstrom sehr gering ist, versuchen Sie es mit der Induktivitätsstrombegrenzung.

Ich schreibe gerade ein paar Wörter aus einem Beitrag in einem anderen Forum um

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

"Die maximal mögliche Stromspitze ist Vpeak * 2 / (w * L). Der Induktor begrenzt jedoch nicht nur den Einschaltstrom, sondern auch den stationären Strom, sodass Sie den Wert auswählen müssen, damit er sich nicht ändert Die ursprüngliche Stromaufnahme ist zu hoch. Wenn Sie also ein Gerät haben, das normalerweise 5 Ampere verbraucht, aber einen Einschaltstrom von 100 Ampere hat, müssen Sie einen Induktor auswählen, der den Einschaltstrom auf etwa 20 Ampere begrenzt Nach Ablauf der Einschaltdauer arbeitet das Gerät weiterhin normal.

Wenn Sie Induktivitäten verwenden, müssen Sie darauf achten, diese nicht plötzlich vom Stromkreis zu trennen, da sonst andere Komponenten, sogar Schalter, durchgebrannt werden können.

Möglicherweise können Sie einen Induktor und eine Art Schaltkreis verwenden, der den Induktor nach Ablauf der Einschaltzeit kurzschließt. "

Versuchen Sie, den Einschaltstrom zu berechnen, der zwei Faktoren enthält. Einer basiert auf dem ESR der Kondensatoren und der andere auf i = C * dV / dT. Berechnen Sie beide, nehmen Sie den Mindestwert von beiden. beziehen auf. Frage zum Einschaltstrom in LDO

Überprüfen Sie den maximal erforderlichen Strom.

mit Induktor und Schutz kann für Konstruktionen mit geringem Strom möglich sein.

user19579
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Tantalkondensatoren haben eine maximale Spitzenstromstärke, und Sie sollten sich darüber Gedanken machen (oder besser gesagt, berücksichtigen Sie dies in Ihrem Design). Wutanfälle sind bekannt dafür, dass sie ernsthaft beschädigt werden, selbst wenn eine max. Die Spannungs- oder Stromstärke wird nur einmal und nur kurz verletzt.

Eine beispielhafte Anwendungsrichtlinie von AVX, KEMET und anderen gibt Ihnen wahrscheinlich ähnliche Informationen:

1.2.4 Auswirkung von Überspannungen

Die festen Tantal- und OxiCap®-Kondensatoren sind nur begrenzt in der Lage, Spannungs- und Stromstößen standzuhalten. Dies ist mit allen anderen Elektrolytkondensatoren gemeinsam und beruht auf der Tatsache, dass sie unter sehr hoher elektrischer Belastung über das Dielektrikum arbeiten. Beispielsweise hat ein 6-Volt-Tantalkondensator ein elektrisches Feld von 167 kV / mm, wenn er bei Nennspannung betrieben wird. OxiCap®-Kondensatoren arbeiten bei einem elektrischen Feld von deutlich weniger als 167 kV / mm. [...] Feste Tantalkondensatoren und OxiCap® haben eine Selbstheilungsfähigkeit, die durch die als Negativplatte verwendete halbleitende Mangandioxidschicht bereitgestellt wird. Dies ist jedoch bei Anwendungen mit niedriger Impedanz begrenzt. Bei niederohmigen Schaltkreisen wird der Kondensator wahrscheinlich durch Stromstöße belastet.

Das Reduzieren des Kondensators erhöht die Zuverlässigkeit der Komponente. [...] In Stromkreisen, die schnell geladen oder entladen werden, wird ein Schutzwiderstand von 1 Ω / V empfohlen. Ist dies nicht möglich, sollte bei Tantalkondensatoren ein Derating-Faktor von bis zu 70% verwendet werden. [...]

( Quelle )

Außerdem kann die Induktivität der Drähte zwischen Ihrer Quelle und dem Eingang des Geräts zu einem Klingeln zusammen mit den Eingangskondensatoren führen, was zu unerwartet hohen Spannungen und einer Verletzung der max. Überspannungsspannung Bewertung. Sie empfehlen Ihnen, aus einem bestimmten Grund ein Derating von 70% (!) Zu verwenden, wenn Sie Tantalkappen verwenden.

Elektroyltische Aluminiumkondensatoren werden häufiger missbraucht.

Zebonaut
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Der Hauptgrund, den ich für die Welligkeitsstromstärke kenne, ist die Wärme, die durch den Strom aufgebaut wird, der durch den ESR des Kondensators fließt. In Einschaltfällen gibt es nur ein Ereignis, bei dem nicht genügend Wärme aufgebaut wird, um die Komponente zu beschädigen, es sei denn, es ist etwas wirklich Esoterisches im Gange.

Sie können den Einschaltstrom einfach berechnen. Teilen Sie die Eingangsspannung durch das ESR des Kondensators. Dies ist der maximale Einschaltstrom gleich zu Beginn. Natürlich bedeutet die Differentialgleichung des Ladens, dass sofort ein niedrigerer Strom zu sehen ist.

Jon Watte
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