Begrenzung des Kondensator-Einschaltstroms von 1000 µF zum Schutz von Sicherung und Stromquelle

Wenn Sie an meinen Ideen interessiert sind: Hier gehen Sie in Ordnung.

1. Lesen Sie das Datenblatt des Ladegeräts sorgfältig durch. Suchen Sie nach Begriffen wie „Kurzschlussschutz“ oder „Strombegrenzung“. Die meisten Geräte haben eine Art Schluckauf-Implementierung. Ich vermute, dass bereits ausreichende Sicherheitsmaßnahmen enthalten und qualifiziert sind - Sie müssen Ihr Design also nicht verkomplizieren. Bitte beachten Sie auch: Diese Geräte sind vollständig qualifiziert und getestet. Sie kennen uns Deutsche: Das sind große Worte.

2. Wenn Sie eine Sicherung einbauen möchten: Beachten Sie die I ² T-Werte in den Datenblättern. Dieser Wert bestimmt die „Schnelligkeit“, oder anders ausgedrückt: die Toleranz gegenüber Einschaltströmen. Sie können auch eine sogenannte PTC-Sicherung verwenden. Wenn Sie an Weiterbildung zum Thema interessiert sind, lesen Sie bitte: https://www.littelfuse.com/~/media/automotive/catalogs/littelfuse_fuseology.pdf Wenn nicht: Verwenden Sie einen 3A Slow Blow (5x20mm) - wird gerade funktionieren Bußgeld.

3. Wenn Sie Ihr Problem auf einfache Weise übertreiben wollen: Fügen Sie einen Widerstand (z. B. 1 Ohm) in Reihe mit der Sicherung hinzu. Dies begrenzt den Einschaltstrom wie gewünscht, verschwendet jedoch mit der Zeit viel Strom. Auch der Spannungsabfall muss berücksichtigt werden. Sie könnten auch ein NTC-Design verwenden, das die Leistungsverluste reduziert. Siehe: https://www.tdk-electronics.tdk.com.cn/download/541612/b1b77484fb39733c7d16858074bb9490/pdf-applicationnotes.pdf

4. Wenn Sie noch einen Schritt weiter gehen wollen: Es gibt aktive Schaltkreise, sogenannte Softstarter. Bitte schauen Sie sich https://www.ti.com/lit/an/slva670a/slva670a.pdf an . Dies ist höchstwahrscheinlich, fast definitiv, ein absoluter Overkill. Um die Sache noch schlimmer zu machen: Sie könnten ein Gerät verwenden, das eine sogenannte E-Fuse und einen Softstarter implementiert - Höchstwahrscheinlich wird der IC eine Art I2C-Schnittstelle haben. Auf diese Weise könnte der Controller den aktuellen Stromverbrauch und ähnliches abrufen - aber wozu?

5. Meine zwei Cent: Bestätigen Sie die Sicherheitsmerkmale Ihres Wandadapters und halten Sie sich, falls ausreichend, daran. Sicherlich sind diese Geräte nicht dafür ausgelegt, mit hochkapazitiven Lasten zu arbeiten - aber sie werden es tun. Bedenken Sie: Wenn Sie sich nicht sicher sind, wie Sie Sicherheitsfeatures richtig implementieren, kann die Wahrscheinlichkeit, dass die Lösung im Bedarfsfall nicht funktioniert, eine inakzeptable Schwelle erreichen - und dann: Wo ist der Sinn, sie zuerst zu implementieren? Verstehen Sie mich hier nicht falsch: Die Implementierung von Sicherheitsfunktionen gemäß Datenblatt oder App-Hinweis ist ein Teil. Sie zu testen und zu bestätigen ist die andere. Das sind wichtige Themen, auch für Hobbyprojekte. Wenn diese Kämpfe bereits von den Wandadapter-Typen aufgenommen wurden - warum sie noch einmal nehmen?

Viele Leute verwenden P-MOS im linearen Bereich, um den Einschaltstrom während des anfänglichen Ladens des Kondensators zu vermeiden. Es ist natürlich ein funktionierender Ansatz, aber es ist schwierig, einen MOSFET lange Zeit im linearen Bereich zu halten (alle Ladevorgänge).

Ich bevorzuge das Laden über einen Shunt (wie 47 Ohm) und sobald der Kondensator eine bestimmte Spannung erreicht (wie 3 V), wenn der Einschaltstrom tolerierbar ist, schließe den Kondensator direkt an die Quelle an - mit anderen Worten, schließe den Shunt kurz.

In Bezug auf die Sicherung müssten Sie eine Sicherung mit einem höheren Nennstrom (oder einer langsameren) verwenden, um sie während des ersten Ladevorgangs nicht durchbrennen zu lassen, als dies während des normalen Betriebs erforderlich ist, sodass Sie die schnelle Schutzfunktion verlieren.

Schema:

Designspezifikationen:

5V-Ladegerät 2A max mit OCP-Abschaltung. 2,5 Ohm Last min
StripLED 3,5 A/m ganz weiß Benutzerspezifikation: 1,5 A max
WS2812b 3,5 bis 5,3 V für alle ICs auf Streifen

E-Cap-Optionen: 1 mF 10 mOhm bis 350 mOhm ESR
T = 10 us (niedriger ESR) bis 350 us (GP)
wählen Sie ESR = T/C

Problem: Einschaltstoßstrom I = V/ESR >> 2A

Sicherheit mit Einschaltstromschutz ist kein Problem: Alle Schaltnetzteile dieses Typs verfügen jetzt über OCP.

Lösung: Wählen Sie ICL um 30 bis 50 % herabgesetzt für maximale Strombelastbarkeit, aber >= 3 Ohm für 1 A bei 3 V oder 1,7 A bei 5 V, aber Nennleistung >= 3 A

• Einschaltstrombegrenzer (ICL) sind keramische Widerstandsscheiben mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC)

Es wird einen Spannungsabfall in den Spuren von Stripleds geben und Rmin bei 50 % des maximalen Stroms könnte 1/0,5^2=4x Rmin von der I^2R=P-Widerstandsregelung bei hoher Temperatur sein. Der WS2812b kann jedoch bis zu 3,5 V herunterarbeiten, daher muss der Widerstand von Stripled für Masse gemessen und V + addiert werden, sodass I * R max. < 1 V mit einer Spanne von 0,5 V beträgt.

Für Rmax= R(ICL) + R(strip Vcc + 0V) bei gewünschtem Imax

Empfehlung 4A bewertet ICL 3 Ohm

• Niedrigste Kosten, sicherer Betrieb, wird aber heiß.

Gewünschtes Ergebnis:

• Die Belastung des Ladegeräts wird beim Start ohne Herunterfahren reduziert
• Die Wahl von ICL und C dämpft Versorgungswelligkeit >= 30 dB durch RC-Filter. z. B. wenn f = 50 kHz oder 10 us pro Impuls, dann RC => 30 x 10 us = 300 us = T mit ICL R bei Imax und C mit niedrigem ESR für RC = T

Sicherungen haben eine „Nominal Melting“-Einstufung (in$A^2s$) zusätzlich zum maximalen Dauerstrom. Wenn Sie diese Bewertung und den Gesamtwiderstand (Versorgung + Sicherung + ESR des Kondensators) kennen, können Sie genau berechnen, wie weit Sie vom Durchbrennen der Sicherung entfernt sind, während sich der Kondensator auflädt, und entscheiden, ob Sie eine größere Sicherung / Vorladung benötigen Schaltung oder nicht.

Wenn Sie eine Vorladeschaltung benötigen, hier ist eine einfache mit einem einzelnen FET:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Die für das Schalten des FET (R1xC1) verantwortliche Zeitkonstante ist zehnmal größer als die Vorladezeitkonstante (R3xC2), sodass C2 bereits über R3 geladen ist, wenn M1 zu leiten beginnt.