Proud záběru IIP: výpočet a výběr jističe

Výpočet rozběhového proudu spínaných zdrojů pro výběr jističů

Při připojení spínaného zdroje (SMPS) k síti vzniká špičkový nabíjecí proud kondenzátorů, který může dosáhnout 100násobku jmenovité hodnoty. To vede k vypínání jističů i při dostatečné výkonové rezervě. Doba trvání impulzu je 50–2000 µs, amplituda je maximální při zapnutí na vrcholu síťového napětí (325 V pro 230 V). Velikost určuje topologie SMPS: klasická s kondenzátorem na primární straně dává desítky ampér, PSR – jednotky.

Hlavní topologie spínaných zdrojů a jejich rozběhové charakteristiky

Spínané zdroje se konstruují podle dvou topologií.

Topologie 1 (klasická): Elektrolytický kondenzátor velké kapacity (jednotky–stovky µF) je umístěn za diodovým můstkem na primární straně. Nabíjí se na amplitudu sítě. Rozběhový proud tvoří hlavně nabíjení tohoto kondenzátoru (až 98 %), plus malé kapacity EMI filtru. Doba trvání – stovky µs, špička – desítky A. Používá se pro výkony 50+ W, včetně SMPS s korekcí účiníku (PFC).

Topologie 2 (PSR): Velký kondenzátor je na sekundární straně, na primární – kapacity v řádu nanofaradů. Rozběhový proud vzniká z kmitů reaktivních prvků sítě a filtru. Špička – jednotky A, doba trvání – desítky µs. Rozšířená u napájecích zdrojů do 60 W.

Měření parametrů rozběhového proudu

Rozběhový proud charakterizuje dvojice: I_max (amplituda) a T_i (doba trvání na úrovni I_max/2). Závisí na fázi zapnutí: maximum na vrcholu sinusovky, minimum u nuly (rozdíl 8–10krát).

Pro topologii 1 je impulz RC-CR: přední hrana je určena L_sum/R_sum (τ_n = L_sum / R_sum), zadní – C1 R_sum (τ_s = C1 R_sum).

Reálné impulzy zahrnují zvonění (T_zv) od reaktivních prvků. Doba trvání T_u = T_o.i + T_zv, pokud je energie zvonění zanedbatelná (I_zv < 0,1 I_max T_o.i) nebo T_o.i > 200 µs.

Pro topologii 2 jde o tlumené kmity. Převod na ekvivalent RC-CR:

• RMS každého půlperiody: I_n = 0,7 * |a_n|
• I_max = 0,7 * a1
• T_i podle obálky na úrovni I_max/2 * 0,7

Doporučení: digitální filtr osciloskopu (5–20 kHz) pro šumové signály.

Rozběhové proudy paralelních spínaných zdrojů

U N paralelních SMPS neplatí I_max_sum = N * I_max (ideální síť). Zohlednit parametry sítě: Rc, Lc. Norma IEC63129 navrhuje Lc = 100 µH, zkratový proud 400–460 A (Rc ≈ 0,5–0,6 Ω pro 230 V).

Modelování ukazuje:

• V reálné síti se špičky rozloží podle fází, celkový I_max je nižší než N-násobný.
• Indukčnost sítě vyhlazuje hrany, snižuje celkovou špičku.

Kroky výpočtu pro skupinu SMPS:

• Změřit I_max, T_i každého zdroje.
• Odhadnout Lc, Rc sítě (z projektu nebo normy).
• Modelovat celkový impulz v Excelu: zohlednit fázové posuny zapnutí.
• Ověřit proti křivce vypínače jističe (integrál i²t).

Výběr jističe s ohledem na rozběhový proud

Jističe se spouštějí tepelným (dlouhodobým) nebo elektromagnetickým (impulzním) vypínačem. Pro SMPS je kritický magnetický: úměrný i²t.

• Použijte křivky charakteristik (B, C, D): třída D pro vysoké rozběhové proudy (spouštěče, SMPS).
• Rezerva: jmenovitý proud jističe 1,5–2x celkový pracovní proud.
• Pro skupiny: sčítat energie impulzů, ne špičky.

Příklad: 10 LED svítidel (napájecí zdroj topologie 2). Každý I_max=5 A, T_i=50 µs. V ideálu 50 A, v síti Lc=100 µH – reálná špička ~20–30 A. Jistič 10–16 A typu D nespustí.

Klíčové faktory výběru:

• Topologie SMPS.
• Fáze zapnutí.
• Parametry sítě (Lc, Rc).
• Charakteristika vypínače.
• Počet paralelních zátěží.

Co je důležité

• Rozběhový proud SMPS – nabíjení kondenzátorů + kmity, špička až 100x jmenovité hodnoty při zapnutí na 325 V.
• Topologie 1: desítky A, stovky µs; topologie 2: jednotky A, desítky µs.
• Pro paralelní SMPS je celková špička < N * I_max kvůli síti.
• Volte jističe třídy D, modelujte i²t v Excelu.
• Měřte s filtrem 5–20 kHz, T_i podle I_max/2.

— Editorial Team