突入電流制限ロードスイッチ計算ツール

突入電流は\特に容量性負荷を持つ回路に電源が接続された際に発生します.容量性負荷が充電されるとき\ 電源またはバッテリーの内部抵抗により\電流スパイクとそれに対応する電源入力の電圧ディップが生じます. 通常\起動時には問題になりません.電源投入後\一定の安定化時間が必要であると想定されています. 例えば\多くのマイクロコントローラーは電源が安定するまでリセット状態が維持されます. しかし\初期電源投入後しばらくしてから容量性負荷に電源が切り替えられると\突入電流がより深刻な問題となります. 突入電流と電源電圧ディップが大きすぎると\マイクロコントローラーがリセットまたはブラウンアウトを引き起こす可能性があります.

突入電流を緩和する方法はいくつかあります.以下の「ロードスイッチ」と呼ばれる回路は\2つのトランジスタを使用して突入電流を緩和します. この回路はMOSFETのゲート容量を利用しています.電源がオフのとき\R2がQ1のゲートをHIGHにプルアップするため\両方のトランジスタはオフ状態になります(Vgs=0V). 電源がオンになるとQ2がオンになり\弱い抵抗器R3を介してQ1のゲートをLOWにプルダウンします. R3とゲート容量は時定数回路を形成します.パワーFETであるQ2はゆっくりとオンになり\突入電流を制限し\電源の電圧ディップを軽減します. オプションとして\コンデンサC3をパワートランジスタのゲートとソース間に追加することで\ゲート容量を増加させ\より小さなゲート抵抗R3を使用できるようにします. このコンデンサはまた\ゲート容量のばらつきによる時定数の変動を減少させます.

電源電圧のディップは\バッテリーまたは電源の内部抵抗と負荷の容量の関数です：

突入電流 I = C(負荷容量) × dv/dt

電圧ディップ V = 突入電流 I × R(内部抵抗)

電圧ディップ V = R × C × dv/dt

例えば\放電された10uFの容量性負荷と\公称内部抵抗2オームの9Vバッテリーがあるとします. スイッチを切り替えて負荷に電源を投入する場合\dv=9Vで\dtは配線のインダクタンスにより2.5uSと制限されると仮定します. 突入電流 I = 10 × 9 / 2.5 = 3.6A となります.この場合\電圧ディップは最大7.2V(3.6A×2オーム)に達する可能性があります. 負荷容量が100uFなどさらに大きい場合\電流の制限要因はバッテリーまたは電源の内部抵抗になります.

突入電流制限ロードスイッチを設計する際は\データシートからパワーFETのゲート容量を確認し\ オシロスコープで電源パルスの幅を測定してください.目標は\電圧ディップの深さを減少させる代わりに\その幅を増やすことです. したがって\パワーFET Q2とそのベース抵抗器の時定数は\無緩和状態の電圧ディップの持続時間よりも十分に大きくなければなりません. 10倍大きい値を初期値として検討すると良いでしょう.