인러시 전류 제한 로드 스위치 계산기

인러시 전류(돌입 전류)는 전원이 회로에 인가될 때 발생하며, 특히 용량성 부하가 있는 회로에서 두드러집니다. 용량성 부하가 충전되면 전류 스파이크가 생성되고, 배터리나 전원 공급 장치의 내부 저항으로 인해 입력 전원에 전압 강하가 발생합니다. 일반적으로 시작 시에는 문제가 되지 않으며, 전원 인가 후 일정한 안정화 시간이 필요하다고 가정합니다. 예를 들어, 대부분의 마이크로컨트롤러는 전원이 안정화될 때까지 리셋 상태를 유지합니다. 그러나 초기 전원 인가 후 일정 시간이 지나서 용량성 부하에 전원이 스위칭되는 경우 인러시 전류와 전원 전압 강하가 심해지면 마이크로컨트롤러가 리셋되거나 브라운아웃될 수 있습니다.

인러시 전류를 완화하는 다양한 방법이 있습니다. 다음 회로는 "로드 스위치"라고 불리며, 2개의 트랜지스터를 사용하여 인러시 전류를 완화합니다. 이 회로는 MOSFET의 게이트 정전용량을 이용합니다. 전원이 꺼져 있을 때 두 트랜지스터는 꺼진 상태이며, R2가 Q1의 게이트를 높게 당겨 Vgs가 0V가 됩니다. 전원이 켜지면 Q2가 켜지고, R3(약한 저항)을 통해 Q1의 게이트를 낮게 당깁니다. R3과 게이트 정전용량은 시정수 회로를 형성합니다. 파워 FET Q2는 천천히 켜지므로 인러시 전류가 제한되고, 전원 공급 장치의 전압 강하가 줄어듭니다. 선택적으로 C3 커패시터를 파워 트랜지스터의 게이트와 소스에 추가하여 게이트 정전용량을 늘리고 더 작은 게이트 저항 R3을 사용할 수 있습니다. 이 커패시터는 또한 게이트 정전용량의 변동으로 인한 시정수의 변화를 줄입니다.

전원 공급 전압 강하는 배터리나 전원 공급 장치의 내부 저항과 부하의 정전용량의 함수입니다:

I(인러시)= C(부하)*dv/dt;

V(강하)= I(인러시)*R(내부 저항);

V(강하)= R*C*dv/dt;

예를 들어, 방전된 10uF 용량성 부하와 2옴의 내부 저항을 가진 9V 배터리가 있다고 가정합니다. 부하에 전원을 인가하기 위해 스위치를 켭니다. 이 경우 dv= 9V이고, dt는 와이어의 인덕턴스에 의해 제한되어 2.5uS라고 가정합니다. I(인러시)= 10*9/2.5= 3.6A입니다. 이 경우 전압 강하는 최대 7.2V(3.6A*2옴)까지 발생할 수 있습니다. 부하의 정전용량이 100uF와 같이 훨씬 크다면, 전류의 제한 요소는 배터리나 전원 공급 장치의 내부 저항이 될 것입니다.

인러시 전류 제한 로드 스위치를 설계할 때는 파워 FET의 게이트 정전용량을 데이터 시트에서 확인하고, 전원 펄스의 너비를 오실로스코프로 측정하십시오. 목표는 전압 강하의 깊이를 줄이는 대신 너비를 늘리는 것입니다. 따라서 파워 FET Q2와 베이스 저항의 시정수는 완화되지 않은 전압 강하의 지속 시간보다 훨씬 커야 하며, 10배 정도 큰 것이 좋은 시작점입니다.