继电器触点合闸时的电涌保护

Question

这是一个简化的电路图:

^{模拟电路-使用CircuitLab}

电池为24V。继电器的额定电流为8A。我的负载最大是2A。该电容器是数千µF值的滤波电容器。

事后看来，很明显我为什么用这个烧掉了两个接力棒。所以我试着想办法在电容器没电继电器接通的时候防止电流尖峰。我最后在电池和继电器之间串联了一个小的低值功率电阻，这样最大电流不会超过继电器规格。它工作良好，在电容器充电时产生热量是好的，但一直产生热量是低效的。

我需要电池尽可能长时间持续。

任何建议吗?

Answer 1

解决这个问题的办法是用热敏电阻。或者，在一段时间后用另一个继电器桥接你的电阻器。

当然，你也可以把电容器放在继电器的另一边。

Answer 2

既然你让我详述我之前的评论:……

在古老的日子里，我们使用过沉重的铁大量处理涌流-大电感器。通常在重电感上并联加一个电阻，在电源和电容器组之间串联使用一对电阻。是这样的:

^{模拟电路-使用CircuitLab}

电阻中的峰值电流，\ R_1 \美元，将在电容放电时发生。所以\ $ i_ {r _ {_ \ text {peak}}} = \ frac {v_1} {r_1} \ $．这意味着我们可以选择\ R_1 \美元基于我们希望电阻器中的峰值电流的基础。

让我们现在计算一个。我要挑选\ $ i_ {r _ {_ \ text {peak}}} = 4 \：\ text {a} \ $．这似乎是相对于继电器当前极限的安全裕度。

注意:现在,暂停。电感电流也会增加。也许这个限制还不够好。但在实践中，它将是。原因是当电感的电流上升时，极限电阻的电流也在下降。如果做得好，它们几乎可以完美地相互抵消，所以如果我们为相同的电流限制设计它们，那么它们的电流总和也将同样受到限制。

我们来算一下24 \ \ $ R_1 = \压裂{:\文本{V}}{4 \: \文本{一}}= 6 \ \ω\ $并选择任一个\ $ r_1 = 5.6 \：\ oomga \ $或\ $ r_1 = 6.8 \：\ omega \ $．我要倾向于更安全的一面，所以我会选择\ $ r_1 = 6.8 \：\ omega \ $．这意味着我现在的新上限将是\ \: 3.5美元美元{}\ \文本在计算电感时。

这就引出了感应器。为了处理关于电感中峰值电流的问题，我将用稍微不同但等效的形式重新画出上面的图:

^模拟电路

在上面，我已经“注意到”\ R_1 \美元和文本\ $ R_{_ \{负载}}\ $构成具有等效源电压的分压器文本\ $ V_ {_ \ {TH}} = V_1 \ cdot \压裂{R_{_ \文本{负载}}}{R_1 + R_{_ \文本{负载}}}\ $和\ $ r _ {_ \ text {th}} = r_1 \ cdot \ frac {r _ {_ \ text {load}}} {r_1 + r _ {_ \ text {load}}} \ $．

新的安排的真正好的地方是，它更容易看到它是一个RLC电路。这里的一般想法是，峰值电感电流发生在一段时间的第一季度，这是由这三个因素的组合决定的。

粗略地说，你可以计算\ $ l1 \大约\压裂{16}{\π^ 2}\ cdot R_{_ \文本{TH}} ^ {\ ^ 2} \ cdot c₁\ $．由于文本\ $ R_ {_ \ {TH}} = \压裂{V_1} {I_{_ \文本{负载}}+ I_ {R_{_ \文本{峰}}}}\ $，其结果为:\ $ l1 \大约\压裂{16}{\π^ 2}\ cdot左c₁\ cdot \[\压裂{V_1} {I_{_ \文本{负载}}+ I_ {R_{_ \文本{峰}}}}\右]^ {\ ^ 2}\ $．假设\ $ v_1 = 24 \：\ text {v} \ $那文本\ $ I_{_ \{负载}}= 2 \:{}\ $ \文本,文本\ $ I_ {R_{_ \{峰}}}= 3.5 \:{}\ $ \文本（新价值），然后\ l1 \大约1.62美元\ cdot 10 \: \文本{mF} \ cdot \离开[\压裂{24 \:\文本{V}}{2 \:{一}+ 3.5 \ \文本:文本\{一}}\右)^ 2 = 309 \ \文字{mH} \ $．我会选择l1 = 270美元\ \:\ {mH} \ $文本作为一个非常接近的可用值。(当然，你也可以选择l1 = 330美元\ \:\ {mH} \ $文本了。)

当我进入LTSPICE时，我没有CLUE会发生什么。（我打算欺骗一点，以保持原理图简单，因为我将通过检查一个盒子自己的LTSPICE“打开”电源。）让我们看看：

(点击上面的图片查看更多细节。)

这里您可以看到上述方法产生的行为。这几乎和预期的一样。您可以看到，通过继电器传递的总和(红色曲线)仅略高于峰值\ \ 4美元:{}\ $ \文本．所以我们保持了极限。但这也告诉你会有一点多的电流比你的目标在设计中，由于这一事实，电阻和电感都是供应电流在早期的季度周期(阻尼)阶段。(我已经决定把它收集起来使用l1 = 330美元\ \:\ {mH} \ $文本，则通过继电器的峰值电流约为\ \: 3.8美元美元{}\ \文本．)

是的，输出电压确实有点环。它达到略高的电压电压\ \: 24美元美元{V} \ \文本．在以前，这很好。我们使用拳头大小的二极管(带有很多很多鳍片的硒整流器)和真空管。一点额外的电压不会伤害任何人。,)今天，你得多想想这个问题。

如果您可以接受更高的峰值电压和更高的峰值电流电流，则可以降低其幅度。说，一半左右。如果峰值电压至关重要，则无法接受高值，则需要提高其幅度。匹配电感器的电流限制随着电阻的电流限制通常提供更好的响应，并且是设计的良好平衡。

无论如何，这是一种做到这一点的方式。曾经做过的方式。

哦，还有最后一个想法。限流电阻的峰值加热将全部发生在前十分之一秒。在启动过程中，它可能会吸收几个焦耳。有些电阻在处理这些压力方面比其他电阻要好。你可以寻找“浪涌电阻”或其他线绕(可以很好地处理这类事情)。如果可能的话，一定要阅读数据表，以确保。如果数据表对电阻器的速率在短时间内激增或一定数量的焦耳，那很可能是一件好事。最后，也做一些测试。

在电感器上

鉴于我的业余爱好者的无知状态，电感设计的制造商可以看起来像火箭科学．我相信设计一款具有商业竞争力的设备需要很多重要的实际细节。我只是一个业余爱好者，所以我只能站在远处，怀着真诚的敬意欣赏制造商在产品设计上的应用。

但也有一些基本的东西。在上述情况下，我们可以计算出一旦达到平衡(最晚一秒钟)，在电感中存储的能量。电感电流是直流电，变化不大。扼流电感中的能量为文本\ $ E_ {_ \ {L}} = \ frac12 \ I_{_ \文本{L}} ^ {\ 2} \, l1 = \ frac12 \ I_{_ \文本{负载}}^ {\ 2}\,l1 \ $．在这种情况下，大约是\ \ 540美元:\ {mJ} \ $文本．

韦尔斯是每个放大器的焦耳，所以在这种情况下我们可以用它来解决这个问题\ $ \ phi_1 = \ frac {540 \：\ text {mj}} {2 \：\ text {a}} = 270 \：\ text {mwb} \ $．如果你知道\ $ b _ {_ \ text {max}} \ $磁芯材料和匝数，\ N \美元，你可以计算出横截面面积为\ \ gt美元\压裂{\ Phi_1} {N \ cdot B_{_ \文本{马克斯}}}\ $．如果我们用的是质量好的铁芯文本\ $ B_{_ \{马克斯}}= 1.1 \:美元{T} \ \文本如果\ \ $ N = 1000美元，然后:\ $ a \ gt \ frac {270 \：\ text {mwb}} {1000 \，\ cdot \，1.1 \：\ text {t}} \ $．这表明横截面面积必须是\ \大约2.5美元\:\文本\ ${厘米}^ 2．1000个线圈将占用一些磁路长度来实现，因此产生的电感将有一些重要的质量。

我在数量细节上可能是错的。对于我这个业余爱好者来说，电感设计更多的是一个维度分析的问题，我可能弄错了一个因素。但在我看来就是这样。我将带着感激接受专家们提出的任何批评。

Answer 3

用于切换的能量的NTC，浪涌电流限制器（ICL）是一个选项1 / CV ^ 2 = E. [J]。一些ICL OEM将指定这一点。

规格:24V电池标称(假设最大29个充电器)。
盖子大小:比如说5mF。
最大电流:2A负载

E=1/2CV^2= 5mF/2 24^2 = 1.44J nom.， 1.7J充电

建议解决方案:CL-21 cl - 150

I Amp最小-最大范围必须包括负载。
E范围> 1.7J

初始R @ 25'C需要满足继电器限制，例如最低4欧姆。

最终R取决于%Imax，但也下降电压和加热ICL连续，如120 ' c，最好在充电到>80%后由二次延时继电器分流。

结论:采用8A继电器5欧姆ICL和第二继电器延迟分流压降。

Cap ESR决定浪涌电流。