Калькулятор нагрузочного переключателя с ограничением предохранительного тока

Предохранительный ток возникает, когда питание подается на цепь, особенно на цепи с емкостными нагрузками. При заряде емкостной нагрузки возникает импульс тока и соответствующее падение напряжения на входе блока питания из - за внутреннего сопротивления батареи или источника питания. Обычно это не представляет проблемы при включении, и предполагается, что при подаче питания потребуется некоторое время для установления. Например, большинство микроконтроллеров находятся в состоянии сброса до тех пор, пока питание не стабилизируется. Однако, предохранительный ток становится более серьезной проблемой, когда питание подается на емкостную нагрузку какое - то время после подачи исходного питания, потому что предохранительный ток и падение напряжения питания, если они достаточно сильны, могут привести к сбросу или потере питания микроконтроллера.

Существует несколько способов уменьшить предохранительный ток. Следующая схема, называемая "нагрузочным переключателем", использует 2 транзистора для уменьшения предохранительного тока. Схема использует встроенную емкость ворот MOSFET. Когда питание выключено, оба транзистора выключены, потому что R2 подтягивает ворот Q1 к высокому уровню, так что Vgs равен 0 В. Когда питание включается, Q2 включается и, в свою очередь, подтягивает ворот Q1 к низкому уровню через R3 - слабый резистор. R3 и встроенная емкость ворот образуют цепь с временной константой. Мощный FET Q2 включается медленно, ограничивая предохранительный ток и, в свою очередь, уменьшая падение напряжения питания. Необязательную емкость C3 можно добавить между воротом и источником мощностного транзистора, чтобы увеличить встроенную емкость ворот и позволить использовать меньший резистор ворот R3. Эмкость также уменьшает разброс временной константы для разных транзисторов, которые могут иметь разброс в встроенной емкости ворот.

Падение напряжения питания зависит от внутреннего сопротивления батареи или источника питания и емкости нагрузки:

I(предохранительный)= C(нагрузка)*dv/dt;

V(падение)= I(предохранительный)*R(внутреннее сопротивление);

V(падение)= R*C*dv/dt;

Например, предположим, что у нас есть разряженная емкостная нагрузка 10 мкФ и 9 - вольтная батарея с номинальным внутренним сопротивлением 2 ома. Предположим, что мы нажимаем на переключатель, чтобы подать питание на нагрузку. В этом случае dv = 9 В, и предположим, что dt ограничивается индуктивностью провода и составляет 2,5 мкс. I(предохранительный)= 10*9/2,5 = 3,6 А. Падение напряжения в этом случае может быть高达 7,2 В (3,6 А * 2 ома). Если нагрузка имела намного большую емкость, скажем, 100 мкФ, то ограничующим фактором тока станет внутреннее сопротивление батареи или источника питания.

При проектировании нагрузочного переключателя с ограничением предохранительного тока определите встроенную емкость ворот мощностного FET по его техническим характеристикам и измерьте ширину импульса питания с помощью осциллографа. Цель - уменьшить глубину падения напряжения, увеличив его ширину в качестве компромисса. Таким образом, временная константа мощностного FET Q2 и его базового резистора должна быть намного больше длительности непогашенного падения напряжения, в десять раз больше - хорошее начало.