电子电路的耐用性和可靠性在很大程度上取决于考虑所有可能性的设计水平，在实际使用产品时实际上可能会发生这种情况。这对于所有电源设备（例如AC-DC转换器或SMPS电路）尤其如此，因为它们直接连接到AC主电源和变化的负载，这使其容易受到过压，电压尖峰，过载等的影响。在设计中有多种类型的保护电路，我们已经涵盖了很多流行的保护电路，即
- 过压保护
- 过流保护
- 反极性保护
- 短路保护
前面我们讨论了浪涌电流，在本文中，我们将讨论如何设计浪涌电流限制器电路，以保护您的电源设计免受浪涌电流的影响。我们将首先了解浪涌电流是什么以及产生浪涌电流的原因。然后，我们将讨论可用于保护浪涌电流的不同类型的电路设计，最后总结一些保护设备免受浪涌电流影响的技巧。因此，让我们开始吧。
什么是浪涌电流？
顾名思义，“浪涌电流”一词表示在初始阶段打开设备电源时，会有大量电流涌入电路。根据定义，它可以定义为电气设备打开时所吸收的最大瞬时输入电流。在变压器和电动机等交流感性负载中，可以很好地观察到这种现象，其中浪涌电流值通常比标称值大二十或三十倍。即使浪涌电流的值非常高，它也只会持续几毫秒或几微秒，因此如果没有电表就无法注意到。浪涌电流也可以称为输入浪涌电流或接通浪涌当前基于便利性。由于这种现象在交流负载下更为明显，因此交流浪涌电流限制器要比其直流对应物更多。
每个电路都根据电路的状态从电源汲取电流。假设电路具有三种状态，分别是空闲状态，正常工作状态和最大工作状态。考虑到空闲状态下，电路消耗1mA的电流，在正常工作状态下电路消耗500mA的电流，在最大工作状态下，电路可以消耗1000mA或1A的电流。因此，如果电路大部分工作在正常状态，则可以说500mA是电路的稳态电流，而1A是电路吸收的峰值电流。
这是正确的，易于使用且数学简单。但是，如前所述，存在另一种状态，其中电路吸收的电流可能比稳态电流大20倍甚至40倍。它是电路的初始状态或上电阶段。现在，为什么这种高电流突然被额定为低电流应用的电路所吸引呢？如前面的示例，从1mA到1000mA。
是什么导致设备浪涌电流？
为了回答我们必须进入电感器和电动机线圈的磁性的问题，但首先要考虑的是，这就像在移动一个巨大的橱柜或在拉汽车一样，最初我们需要高能量，但是随着事物开始运动，它变得更轻松。电路内部确实发生了同样的事情。几乎每个电路，特别是电源，都使用大容量电容器和电感器，扼流圈和变压器（一个巨大的电感器），所有这些都汲取巨大的初始电流以产生其工作所需的磁场或电场。因此，电路的输入突然提供了低电阻（阻抗）路径，该路径允许大电流值流入电路。
电容器和电感器处于充满电或放电状态时，其行为会有所不同。例如，一个处于完全放电状态的电容器由于低阻抗而充当短路，而如果完全连接作为滤波电容器，则一个充满电的电容器会平滑掉直流。但是，这是一个很小的时间跨度。在几毫秒内电容器就会充电。您还可以阅读有关电容器的ESR和ESL值的信息，以更好地了解电容器在电路中的工作原理。
另一方面，变压器，电动机和电感器（所有与线圈有关的东西）在启动时会产生反电动势，在充电状态下也需要很高的电流。通常，只需很少的电流周期即可将输入电流稳定到稳定状态。您还可以阅读有关电感器中DCR值的信息，以更好地了解电感器在电路中的工作方式。
在上图中，显示了电流与时间的关系图。时间以毫秒为单位显示，但也可以以微秒为单位。但是，在启动期间，电流开始增加，最大峰值电流为6A。浪涌电流存在的时间很短。但是在产生浪涌电流之后，电流将稳定在0.5A或500mA的值。这是电路的稳态电流。
因此，当将输入电压施加到电源或具有非常高的电容或电感或两者的电路中时，会产生浪涌电流。涌入电流图中所示的初始电流变得非常高，从而导致输入开关熔化或烧断。
浪涌电流保护电路–类型
有很多方法可以保护您的设备免受浪涌电流的侵害，并且可以使用不同的组件来保护电路免受浪涌电流的影响。这是克服浪涌电流的有效方法列表-
电阻极限法
有两种使用电阻器限制方法设计浪涌电流限制器的方法。第一个是添加一个串联电阻以减少电路线路中的电流，另一个是在交流电源输入中使用线路滤波器阻抗。
但是这种方法不是在高输出电流电路上相加的有效方法。原因很明显，因为它包括阻力。的冲击电流的电阻被正常操作期间加热并降低了效率。电阻瓦数取决于应用要求，通常在1W至4W之间。
基于热敏电阻或NTC的电流限制器
T Hermistor是一个温度耦合电阻，可根据温度改变电阻。在NTC浪涌中，电流限制器电路类似于电阻器限制方法，热敏电阻或NTC（负温度系数）也与输入串联使用。
热敏电阻在不同温度下（特别是在低温下）具有变化的电阻值的特性。热敏电阻的行为类似于高值电阻，而在高温下，它提供低值电阻。此属性用于浪涌电流限制应用。
在电路的初始启动期间，NTC提供高阻值，从而减小了浪涌电流。但是在电路进入稳态状态期间，NTC的温度开始升高，这进一步导致了低电阻。NTC是控制浪涌电流的一种非常有效的方法。
软启动或延迟电路
不同类型的稳压器DC / DC转换器使用软启动或延迟电路来减小浪涌电流影响。这种类型的功能使我们能够更改输出上升时间，从而在连接到高值电容负载时有效降低输出电流。
例如，德州仪器（TI）的1.5A Ultra-LDO TPS742提供了可编程的软启动引脚，用户可以在其中使用一个简单的外部电容器来配置线性启动。在下面的电路图中，显示了TPS742的示例电路，其中可以使用CSS电容器通过SS引脚配置软启动时间。
我们在哪里以及为什么需要考虑浪涌电流保护电路？
如前所述，在存在高值电容或电感的电路中，需要浪涌电流保护电路。浪涌电流电路在电路的初始启动阶段稳定了高电流需求。浪涌电流限制器电路可限制输入电流，并使源和主机设备更安全。由于高浪涌电流会增加电路的故障机会，因此必须予以拒绝。涌入电流是有害的，原因如下：
- 高浪涌电流会影响电源。
- 通常，高浪涌电流会降低电源电压，并导致基于单片机的电路的欠压复位。
- 在少数情况下，提供给电路的电流量会超过负载电路可接受的最大电压，从而对负载造成永久性损害。
- 在高压交流电动机中，高浪涌电流会导致电源开关跳闸或有时被烧坏。
- 使PCB板走线承载特定的电流值。高电流可能会削弱PCB板走线。
因此，为了最小化浪涌电流的影响，重要的是提供一种浪涌电流限制器电路，该电路的输入电容非常高或具有较大的电感。
如何测量浪涌电流：
测量浪涌电流的主要挑战是快速的时间跨度。根据负载电容的不同，涌入电流会持续几毫秒（甚至几微秒）。时间跨度的值通常在20到100毫秒之间。
一种最简单的方法是使用专用钳形表，该钳形表可以测量浪涌电流。仪表被高电流触发，并进行多次采样以获得最大浪涌电流。
另一种方法是使用高频示波器，但是此过程有些棘手。一个需要使用一个非常低值的分流电阻，并且需要两个通道跨接在该分流电阻上。通过使用这两种探头的不同功能，可以获得最大的峰值电流。连接GND探针时需要小心，电阻两端的连接错误可能会导致短路。GND需要跨电路GND连接。下图是上述技术的代表。
设计浪涌电流保护电路时要考虑的因素：
在选择浪涌电流限制方法之前，需要考虑一些不同的因素和规格。以下是一些基本参数的列表–
1.负载的电容值
负载的电容是选择浪涌电流限制电路规格的基本参数。高电容在启动期间需要高瞬态电流。在这种情况下，需要有效的软启动电路。
2.稳态电流额定值
稳态电流是限制电流限制器效率的重要因素。例如，如果使用电阻器限制方法，则高稳态电流可能导致温度升高和效率降低。基于NTC的限流电路可以选择。
3.切换时间
负载在给定时间范围内接通或断开的速度是选择浪涌电流限制方法的另一个参数。例如，如果开/关时间非常快，则NTC无法保护电路免受浪涌电流的影响。因为在第一个周期复位之后，如果在很短的时间内关闭并打开负载电路，NTC不会冷却。因此，初始启动电阻无法增加，并且浪涌电流会通过NTC旁路。
4.低电压，低电流运行
在特定情况下，在电路设计期间，如果电源和负载存在于同一电路内，则明智的做法是使用具有软启动功能的稳压器或LDO来减小浪涌电流。在这种情况下，该应用程序是低压低电流应用程序。