테이밍 커패시터 인러시: 전원 공급 장치에 맞는 NTC 서미스터 크기 조정 방법

돌입 전류 문제

프론트엔드에 벌크 전해 콘덴서가 장착된 전원 공급 장치를 설계한 엔지니어라면 누구나 전원을 켤 때 “쿵쾅” 하는 소릴 들었을 것입니다. 심지어 퓨즈가 고장나거나 브리지 정류기가 고장나는 것을 목격하기도 했습니다.그 원인은 돌입 전류입니다. 돌입 전류는 방전된 커패시터를 거의 0에 가까운 임피던스를 통해 전압원에 연결할 때 발생하는 순간적인 파동입니다.

전원을 켜는 순간 방전된 커패시터는 단락된 것처럼 보입니다.피크 전류는 소스 임피던스, 배선 저항 및 경로에 의도적으로 배치한 직렬 요소에 의해서만 제한됩니다.브리지 정류기 뒤에 330µF의 벌크 캡이 있는 일반적인 오프라인 전원 공급 장치의 경우 325V 피크 메인 라인의 최대 돌입이 몇 밀리초 동안 100A를 쉽게 초과할 수 있습니다. 이는 릴레이 접점, 트립 차단기 또는 정격 범위를 훨씬 초과하는 스트레스 구성 요소를 용접하기에 충분합니다.

가장 간단하고 비용 효율적인 해결 방법은 AC 라인과 직렬로 연결된 NTC (음수 온도 계수) 서미스터를 사용하는 것입니다.차가워지면 저항이 비교적 높아 서지를 제한합니다.전류가 흐르고 서미스터가 자체 가열되면 저항이 낮은 “핫” 값으로 떨어지므로 정상 상태의 전력 손실이 최소화됩니다.크기를 정확하게 정하는 것은 엔지니어링 과제입니다.

주요 관계

직렬 저항을 통해 DC에 상응하는 피크 전압 “MATHINLINE_9"에서 충전된 방전 커패시터로 유입되는 피크 돌입 전류는 다음과 같습니다.

“매스블록_0"

여기서 “MATHINLINE_10"은 주변 온도 (일반적으로 25°C) 에서의 NTC 저항입니다.이는 최악의 시나리오입니다. 커패시터가 완전히 방전된 상태에서 AC 사이클이 최고조에 달했을 때 전력이 공급되는 것입니다.

충전 시간 상수는 다음과 같습니다.

“매스블록_1"

이를 통해 커패시터가 얼마나 빨리 충전되는지 알 수 있으며, 가장 중요한 것은 전류가 감소하기 전에 서미스터가 에너지를 흡수해야 하는 시간을 알려줍니다.

돌입 발생 시 NTC가 흡수해야 하는 에너지는 대략 다음과 같습니다.

“매스블록_2"

완전히 방전된 커패시터 (“MATHINLINE_11") 의 경우 다음과 같이 간단하게 설명됩니다.

“매스블록_3"

참고로 이것은 단순화된 설명입니다. NTC 및 커패시터는 각각 RC 충전 이벤트 동안 소스가 전달하는 총 에너지의 약 절반을 흡수하므로 서미스터는 대략 “MATHINLINE_12"의 에너지를 흡수합니다.이 값은 NTC의 최대 정격 단일 펄스 에너지 미만으로 유지되어야 합니다. 이 값을 초과하면 서미스터에 균열이 생기거나 고장날 수 있습니다.

실제 사례: 230VAC 오프라인 전원 공급 장치

일반적인 시나리오에 맞게 NTC의 크기를 조정해 보겠습니다.

• 공급 전압: 230VAC RMS → “MATHINLINE_13"
• 필터 커패시턴스: “MATHINLINE_14"
• 목표 피크 돌입 전류: “MATHINLINE_15"
• NTC 고온 저항: “MATHINLINE_16" (작동 온도의 데이터시트에서 발췌)

1단계 — 필요한 내한성:

“매스블록_4”

25°C에서 22Ω의 표준 NTC 값을 선택할 수 있습니다.

2단계 — 선택한 값으로 피크 돌입 확인:

“매스블록_5”

15A 목표 이하에서도 편안하게 사용할 수 있습니다.좋아요.

3단계 — 시간 상수:

“매스블록_6"

돌입 이벤트는 “MATHINLINE_17" 내에서 사실상 종료되었습니다. 즉, 메인 사이클이 완전히 두 번 정도 걸린다는 뜻입니다.이 기간 동안에는 서미스터가 자체 발열을 시작하지만 저온 저항이 한계치를 지배합니다.

4단계 — NTC가 흡수하는 에너지:

“매스블록_7"

최소 17.4J의 단일 펄스 에너지에 대해 정격된 NTC가 필요합니다.Ametherm SL32 2R522 (22Ω, 2.2A 정상 상태, 최대 에너지 45J) 와 같은 장치는 여유로운 마진을 갖춘 적합한 제품입니다.

5단계 — 정상 상태 손실 검사:

최대 부하 시 전원 공급 장치가 NTC를 통해 2A RMS를 소비한다고 가정해 보겠습니다.고온 저항 손실은 다음과 같습니다.

“매스블록_8"

이는 관리할 수 있지만 무시할 수 있는 수준은 아닙니다. 효율성에 영향을 미치기 때문입니다.고전력 설계 (최대 200W 이상) 에서는 엔지니어가 시동 후 NTC를 우회하는 릴레이가 있는 액티브 돌입 제한기로 전환하는 경우가 많습니다.

실제 설계 고려 사항

최악의 타이밍: 최악의 경우는 완전히 방전된 커패시터로 AC 피크에 전원을 인가한 경우입니다.제품의 전원을 빠르게 순환할 수 있는 경우 NTC는 이전 사이클보다 여전히 따뜻할 수 있으며 (낮은 저항) 다음 돌입을 효과적으로 제한하지 못할 수 있습니다.데이터시트에는 냉각 시간 (일반적으로 30~60초) 이 명시되어 있습니다.애플리케이션에 빠른 사이클링이 필요한 경우 바이패스 릴레이가 있는 고정 저항기 또는 액티브 리미터 IC를 고려해 보십시오. 경감: NTC 에너지 등급은 주변 온도 25°C로 지정됩니다.따뜻한 인클로저 (예: 50°C) 에서는 서미스터가 낮은 저항에서 시작하여 이벤트당 더 많은 에너지를 흡수합니다.이에 따라 하향 조정하세요. 30% 의 에너지 마진은 합리적인 최소값입니다.

다중 커패시터: 설계에 서로 다른 레일에 동시에 충전되는 여러 커패시터가 있는 경우 “MATHINLINE_18"의 기여도를 합산하여 NTC가 처리해야 하는 총 에너지를 구합니다. 배치: NTC는 브리지 정류기보다 먼저 AC 라인과 직렬로 연결됩니다.이렇게 하면 초기 충전 시 양쪽 하프 사이클의 전류가 모두 제한됩니다.

사용해 보세요

새 전원 공급 장치를 지정할 때마다 이러한 계산을 수동으로 실행하는 대신 [돌입 전류 제한기 (NTC) 계산기] (https://rftools.io/calculators/power/inrush-current-limiter/) 를 열고 공급 전압, 커패시턴스, 목표 돌입 전류 및 NTC 고온 저항을 연결하십시오.이 도구는 필요한 저온 저항, 피크 전류, 시간 상수 및 흡수 에너지를 즉시 반환하므로 첫 번째 시도에서 올바른 서미스터를 선택하는 데 필요한 수치를 얻을 수 있습니다.