浪涌电流限制负载开关计算器

当电路通电时,特别是带有电容负载的电路,就会产生浪涌电流.由于电池或电源的内部电阻,电容负载充电时会产生电流尖峰,电源输入端的电压也会相应下降.通常,这在启动时不会造成问题,并且假定通电时需要一定的稳定时间.例如,大多数微控制器都处于复位状态,直到电源稳定.但是,当在初始通电后一段时间将电源切换到电容负载时,浪涌电流会成为一个更大的问题,因为如果浪涌电流和电源电压下降足够严重,可能会导致微控制器复位或断电.

有多种方法可以减轻浪涌电流.以下电路称为"负载开关",它使用 2 个晶体管来减轻浪涌电流.该电路利用了 MOSFET 的栅极电容.当电源关闭时,两个晶体管都关闭,因为 R2 将 Q1 的栅极拉高,使得 Vgs 为 0V.当电源接通时,Q2 接通,然后通过 R3(一个弱电阻)将 Q1 的栅极拉低.R3 和栅极电容形成时间常数电路.功率 FET Q2 缓慢接通,限制浪涌电流,进而降低电源的电压下降.可以在功率晶体管的栅极和源极上添加可选电容器 C3,以增加栅极电容并允许使用较小的栅极电阻 R3.电容器还可以减少不同晶体管之间时间常数的变化,这些晶体管的栅极电容可能存在差异.

电源电压下降是电池或电压源内阻和负载电容的函数：

I(浪涌)= C(负载)*dv/dt;

V(骤降)= I(浪涌)*R(内部电阻);

V(倾角)= R*C*dv/dt;

例如,假设我们有一个放电的 10uF 电容负载和一个标称内阻为 2 欧姆的 9V 电池.假设我们拨动开关为负载供电.在这种情况下,dv= 9v,假设 dt 受电线电感限制,为 2.5uS.I(浪涌)= 10*9/2.5= 3.6A.在这种情况下,电压下降可能高达 7.2V(3.6A*2 欧姆).如果负载的电容大得多,比如 100uf,那么电流的限制因素将是电池或电源的内阻.

在设计浪涌电流限制负载开关时,从功率 FET 的数据表中找到其栅极电容,并用示波器测量功率脉冲的宽度.目标是通过增加宽度来降低电压下降的深度.因此,功率 FET Q2 及其基极电阻的时间常数应远大于未缓解电压下降的持续时间,大十倍是一个很好的起点.