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Power

Calculadora de Limitador de Corriente de Irrupción

Calcula los componentes necesarios para limitar la corriente de irrupción al encender una fuente de alimentación.

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Fórmula

Rcold=Vs/Iinrush,Ipeak=Vs/Rcold,Ihot=Vs/Rhot,τ=Rcold×Cf,E=0.5×Cf×Vs2R_cold = V_s / I_inrush, I_peak = V_s / R_cold, I_hot = V_s / R_hot, τ = R_cold × C_f, E = 0.5 × C_f × V_s²

Referencia: TDK/EPCOS, NTC thermistors for inrush current limiting, application notes; Ametherm, How to select an inrush current limiter

V_s— Tensión de alimentación (V)
I_inrush— Corriente de entrada objetivo (A)
C_f— Capacitancia del filtro (F)
R_cold— Resistencia en frío del NTC (Ω)
τ— Constante de tiempo (s)
I_peak— Corriente de pico en arranque en frío (A)
R_hot— Resistencia del NTC autocalentado (Ω)
I_hot— Corriente de pico en un rearranque en caliente (A)

Cómo Funciona

The inrush current limiter calculator determines thermistor resistance, power rating, and thermal recovery time for soft-start protection — essential for AC-DC power supplies, motor starters, and capacitor bank charging circuits. Los ingenieros de sistemas de alimentación, los diseñadores de equipos industriales y los desarrolladores de UPS utilizan esta herramienta para evitar los molestos tropiezos y la tensión de los componentes durante el encendido. According to Ametherm application note AN-1005, inrush current in a capacitor-input rectifier reaches Ipeak = Vpeak/Rsource = 325 V/0.5 Ω = 650 A for a typical 230 VAC supply with 0.5 Ω mains impedance. Los límites de corriente de entrada y los requisitos de inmunidad se especifican en la norma IEC 61000-3-3 (Compatibilidad electromagnética: limitación de los cambios de tensión) e IEC 62368-1 (equipos de audio/vídeo, tecnología de la información y la comunicación: requisitos de seguridad), que exigen la limitación de la corriente de entrada para los equipos conectados a la red. Esta sobretensión de 1 a 5 ms ejerce presión sobre los diodos rectificadores (normalmente con una potencia nominal de 30 a 50 A), desactiva los disyuntores de 10 a 20 A y provoca emisiones conducidas por EMI. Los termistores NTC reducen la irrupción al proporcionar una alta resistencia al frío (5-50 Ω ℃ a 25 °C) que disminuye a 0.5-2 Ω cuando se calientan automáticamente durante el funcionamiento en estado estacionario. Según la nota de aplicación de Vishay BC Components, la resistencia en estado estacionario del termistor cae al 10-20% de la resistencia al frío a la corriente nominal, disipando de 1 a 5 W de forma continua. El tiempo de recuperación entre los ciclos de alimentación depende de la masa térmica: de 30 a 60 segundos en el caso de los termistores de disco estándar, lo que limita las aplicaciones con ciclos frecuentes de encendido/apagado.

Ejemplo Resuelto

Diseñe un límite de corriente de entrada para una fuente de alimentación ATX de 500 W. Requisitos: limitar la entrada a un pico de menos de 30 A (dentro del límite de sobretensión del rectificador), una disipación en estado estacionario de menos de 3 W, funcionamiento a 120 VCA. Paso 1: Calcule la entrada en el peor de los casos sin limitador: Ipeak = Vpeak/Rwiring = 170 V/0.3 Ω = 567 A (suponiendo una impedancia de red de 0.3 Ω 1). Paso 2: Calcular la resistencia al frío requerida. Para un Ipeak < 30 A: R_cold > 170 V/30 A - 0.3 Ω = 5.4 Ω. Seleccione 10 Ω NTC como margen. Paso 3: Verifique la corriente en estado estacionario: Iin = 500 W/ (120 V × 0.65 PF × 0.85 η) = 7.5 A RMS). Paso 4: Calcula la resistencia al calor: a 7,5 A, 10 Ω NTC cae a ~1,5 Ω (según las curvas características de Ametherm). Pdiss = 7.5² × 1.5 = 84 W: ¡inaceptable! Paso 5: Rediseño: utilice un relé de derivación (contactos con una potencia nominal de 10 A AC). El NTC solo está activo durante un inicio de 100 ms. Seleccione 5 Ω NTC (Epcos B57364S509M): 5 Ω en frío limita a 34 A de pico, mientras que la potencia nominal continua de 3 W resuelve el peor de los casos si el relé falla.

Consejos Prácticos

  • ✓Según la nota de aplicación de Epcos, utilice un relé de derivación (se activa de 100 a 500 ms después del arranque) para suministros de más de 200 W; reduce la pérdida en estado estacionario de 2 a 5 W (termistor) a <0,1 W (resistencia de contacto del relé)
  • ✓Seleccione termistores NTC con 2 veces la potencia nominal de estado estacionario para obtener un margen de confiabilidad; un termistor que disipe 2 W debe tener una potencia nominal de más de 4 W para mantener una temperatura de superficie inferior a 85 °C
  • ✓Implemente el control de entrada activo (TI TPS2490) para aplicaciones de corriente continua: los limitadores basados en MOSFET logran un tiempo de recuperación 10 veces más rápido y un límite de corriente programable en comparación con los termistores pasivos

Errores Comunes

  • ✗Clasificación energética del termistor de tamaño inferior: la energía de entrada E = ½×C×Vpeak² debe absorberse sin superar el máximo permitido en julios; un condensador de 1000 µF a 400 VDC almacena 80 J, lo que requiere un termistor con una potencia nominal de >100 J de pulso único
  • ✗Ignorar el tiempo de recuperación térmica: los termistores NTC necesitan entre 30 y 60 segundos para enfriarse después del apagado; los ciclos rápidos provocan un calentamiento acumulativo y un cambio permanente de resistencia
  • ✗Uso de termistores sin relé de derivación en aplicaciones de alta potencia: la disipación continua de energía a una corriente nominal puede superar los 10-20 W, lo que reduce la eficiencia y requiere un disipador de calor

Preguntas Frecuentes

Según la norma IEEE Std 1100, los limitadores de irrupción protegen contra: (1) los disyuntores estándar de 15 A se disparan a 5-10 veces la corriente nominal durante >10 ms, (2) la tensión del diodo rectificador: clasificación típica de 1N5408 para una sobretensión máxima de 200 A, (3) soldadura por contacto en conmutadores/relés: la corriente de arco >100 A puede fusionar contactos de forma permanente, (4) emisiones conducidas por EMI: di/dt rápido (10-100 A/µs) genera ruido de banda ancha que infringe los límites del CISPR.
Según la guía de diseño de Ametherm: los termistores NTC aprovechan la resistencia dependiente de la temperatura: la resistencia al frío R (25 °C) limita la corriente, y el autocalentamiento durante el funcionamiento reduce la resistencia a R_hot ≈ 0,1-0,2 × R (25 °C). Constante de tiempo τ = La masa térmica/velocidad de enfriamiento determina el calentamiento (10 a 50 ms) y el enfriamiento (30 a 60 s). Por ejemplo: el Ametherm SL32 10015 proporciona una potencia de 10 Ω a 25°C, y se reduce a 0,6 Ω a a 15 A en estado estacionario, con una potencia nominal de 80 J.
Aplicaciones requeridas según UL 60950 e IEC 62368: (1) rectificadores de entrada de condensador de más de 50 W: los condensadores de filtro presentan casi cortocircuitos en la red de corriente alterna, (2) fuentes de entrada de transformador: la entrada magnetizante alcanza de 5 a 15 veces la corriente de estado estable, (3) arrancadores de motor: la corriente del rotor bloqueado es de 6 a 8 veces la corriente de funcionamiento, (4) módulos intercambiables en caliente: la capacitancia de salida de carga sin límite supera la corriente nominal del conector. Excepción: los convertidores resonantes con arranque suave inherente pueden no requerir una limitación externa.
Según la nota de aplicación de Vishay, la calificación energética se escala con la masa térmica: E = m × Cp × ΔT, 0, donde m = masa (disco más grande = más masa), Cp = calor específico (~0,9 J/g·°C para material NTC), ΔT = límite de aumento de temperatura (normalmente de 200 a 300 °C). Ejemplo: disco de 15 mm (5 g) con una elevación de 250 °C: E = 5 × 0,9 × 250 = 1125 J. Disco estándar de 10 mm: ~400 J. Para un banco de condensadores de 80 J, se requiere un disco mínimo de 10 mm.
Según la guía de selección de Epcos: (1) Calcule la entrada máxima permitida sin limitador: Ipeak = Vpeak/Zmains (normalmente 0,2-0,5 Ω), (2) Determine la entrada máxima permitida a partir de las especificaciones del rectificador/interruptor, (3) Calcule la resistencia mínima al frío: R_cold > Vpeak/Imax, (4) Verifique que la calificación energética supere el ½×C×V², (5) Verifique que la disipación en estado estacionario sea aceptable. Ejemplo: 230 VCA, condensador de 470 µF, entrada máxima de 20 A: R_cold > 325/20 = 16 Ω. Energía = 0.5×470µ×325² = 25 J. Seleccione 22 Ω NTC con clasificación para más de 50 J.

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