觀察浪涌電流的思路

電路板的電源入口，一般來(lái)說(shuō)都會(huì)有較大的電容，在通電的一瞬間，電容由于自身的等效電阻很小，所以瞬間電流非常大。這個(gè)電流被稱為浪涌電流。浪涌電流持續(xù)時(shí)間很短，峰值遠(yuǎn)大于正常工作時(shí)的電流，可能會(huì)導(dǎo)致某些器件損壞，也可能導(dǎo)致電源電壓瞬間降低，影響其它設(shè)備工作。

觀察浪涌電流的思路

浪涌電流用萬(wàn)用表無(wú)法觀察到，需要用電流采樣電路+示波器觀察。

在電路中串聯(lián)一個(gè)阻值小且精確的采樣電阻，然后使用示波器觀察電阻兩端的電壓差，就可以根據(jù)瞬間的電壓波形推算出瞬間的電流。此電阻阻值必須小，不能影響到電路正常工作;但是如果阻值太小，低于示波器的最小量程，會(huì)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量電壓差。例如，采用10mΩ的采樣電阻，在電流為0.1A的時(shí)候，只會(huì)產(chǎn)生1mV的電壓。1mV是常見示波器的最小量程，多數(shù)情況下，示波器由于受到干擾而產(chǎn)生的底噪都會(huì)高于1mV。

因此，常常先用運(yùn)放電路，把采樣電阻兩端的電壓差放大若干倍，再用示波器測(cè)量。之前學(xué)過(guò)的交流運(yùn)放電路就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。

但是交流信號(hào)運(yùn)算放大電路的放大倍數(shù)依賴于電阻的精度。常見的1%電阻不夠精確。

如果想精確控制放大電路的倍數(shù)，可以采用功能放大器。我們需要放大器有較高的共模抑制比，對(duì)信號(hào)的差值極敏感，對(duì)共模量不敏感。例如我們采用的INA213，共模抑制比達(dá)到120dB。除此之外，INA213內(nèi)部集成了高精度的電阻對(duì)，放大倍數(shù)是固定的，也是精準(zhǔn)的。

可以看出此電路的放大倍數(shù)為50倍。如果流過(guò)采樣電阻的電流大小為I，電流采樣電路的輸出電壓為V，采用10mΩ的采樣電阻，那么：

I * 0.01 * 50 = V

化簡(jiǎn)可得I=2V，即電流采樣電路的輸出電壓為1伏，那么流過(guò)采樣電阻的電流大小為2安。使用電流采樣電路加示波器，可以觀察到浪涌電流。

浪涌電流的波形

很多電源自帶限流功能，可以避免輸出電流過(guò)大，燒壞后續(xù)電路板，因此無(wú)法觀察到浪涌電流。為了觀察到浪涌電流，我把軟啟動(dòng)電路板的輸入端放置大容量電容Cin，相當(dāng)于電源不防浪涌的輸出端;在電路板的輸出端也放置大電容CL，作為負(fù)載的輸入端。電源與電路板連接時(shí)，將Cin充滿電;閉合開關(guān)的瞬間，Cin為CL充電，兩者間電阻極小，故浪涌電流極大。

下圖是浪涌電流的波形圖，黃色是電流采樣電路的輸出，通過(guò)公式I=2V可以計(jì)算出浪涌電流的大小。藍(lán)色是負(fù)載電容的電壓。

可以看出，開關(guān)閉合過(guò)程中，由于彈性觸點(diǎn)的臨界狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生不止一次(3次)浪涌電流，浪涌電流大小超過(guò)10A，由于電流采樣電路限制，只能觀察到5V的電壓，所以只能顯示10A。浪涌電流隨著兩個(gè)電容壓差的增大而減小，持續(xù)時(shí)間不超過(guò)1ms。