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在电源输出端并联大电容,在大电容上电瞬间,比如大电容并在负载上,在电源给负载供电的一瞬间。
在上电一瞬间,电源是短路的,
短路电路等于电源电压除以导线电阻加上电容的等效串联电阻。这两个电阻都很小,因此上电瞬间电流非常大。
对于,输入并联了大电容的负载,我们称为容性负载,在电源给容性负载供电时,瞬间短路电路可能高达正常工作电流的几十倍。
在给容性负载供电时,我们需要考虑过流的倍数、电源瞬间过流的能力,甚至还要考虑断路器的过流能力。
对于用继电器控制的负载,还需要考虑选择能适用于容性负载的继电器,避免上电瞬间的短路电路将继电器的触点熔在一起,无法再正常断开。
如果电容过大,可能会出现电源输出保护,甚至断路器过流跳闸情况。
上完电之后,电源输出的电压基本上是恒定的,根据流过电容的电流与电容两端的关系为Cdu/dt,只有电压有变化,才会有电流流过电容,所以从电源流出的电流仅为负载的工作电流,就不再存在短路情况了。
为什么只要选择得当,即使短路了,电源还能正常工作?
在上电瞬间,根据电路理论中的单位阶跃响应,从一元常微分方程,可以求解出电容两端的电压为u=us*(1-exp(-t/(R*C))。
而流过电容的电流为i=us/R*exp(-t/(R*C))。
其中,R为导线电阻加上电容的等效串联电阻, C为电容容量。
从这两个方程可以看出,流过电容的电流按指数形式快速衰减。
比如R一般为几十毫欧,C通常为几千uF,大概在几毫秒就能衰减到非常小的电流。
所以短路的时间非常短,可能就几微秒至几毫秒的时间。
所有电源都有瞬间过流的能力,一般按反时限的关系进行短路保护,当没有超过其额定电流的n倍时,并不会立即保护,而是延时一段与过流倍数成反比的时间进行保护。如下图:
只要电容瞬间短路的电流曲线不超过电源反时限保护的曲线,电源就不会切断输出保护。
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