NTC热敏电阻最小也有1Ω的电阻,仍有损耗。如果在无需限制电流的时候,把电阻短路,那么损耗几乎为0。开关闭合以后,负载的输入端的电容CL充电,电压逐渐上升。可以把CL的电压作为判断条件,如果V_CL电压低于设定值V_SET,将电阻接入电路;如果V_CL电压高于V_SET,将电阻短路。本电路采用PMOS作为下边的这个开关。
使用运放做比较器可以比较V_CL与V_SET,使用继电器可以实现类似于“单刀双掷”的开关功能。以下是一种设计方式。
初始状态V_CL为0,小于V_SET,运放同相输入端电压大于反相输入端,输出高电平,PNP三极管不导通,继电器不工作,限流电阻R接入电路。开始充电的瞬间,限流电阻抑制浪涌电流。充电期间V_CL电压逐渐上升,当V_CL>V_SET时,运放输出低电平,PNP三极管导通,继电器工作,触点切换,限流电阻被短路。但此时,由于VCL与+5V的压差已经变小,故电流也变小。此电路的控制逻辑可以根据实际需求修改。
当然,使用继电器短路电阻的方式也有缺点,比如电流较大时,继电器的触点断开与接触瞬间可能产生电火花;继电器线圈的电感效应可能会对充电电流有一些影响,本电路用PMOS管替换PNP三极管与继电器,简化设计。PMOS管的控制逻辑与PNP三极管一样,运放输出低电平时导通,导通时S与D之间(从上到下)压降非常小,可以认为把电阻短路。
我并不太清楚这种软启动电路学名叫什么,根据原理,姑且称之为电阻+并联开关软启动电路。
在此电路的基础上稍加改进,做成可以实际应用的电路。用TL431产生基准电压,并在基准电压的基础上可以使用电位器微调,作为V_SET。用上拉电阻给PMOS确定初始状态。限流电阻的大小可以根据具体的需求确定,一般选几欧姆就行。
下图是它的效果波形截图,黄色是电流采样电路的输出,通过公式I=2V可以计算出浪涌电流的大小。蓝色是负载电容的电压。
启动浪涌电流约0.8A,随后电流快速减小。等到VCL达到4.2V左右的时候,由于PMOS导通,电阻被短路,所以再次产生浪涌电流,大小约2A。