Cálculo de Corriente de Arranque SMPS para Selección de Interruptor Automático

Cálculo de la corriente de arranque de fuentes conmutadas para la selección de interruptores automáticos

Al conectar una fuente de alimentación conmutada (SMPS) a la red eléctrica, se produce un pico de corriente de arranque debido a la carga de los condensadores, que puede alcanzar más de 100 veces la corriente nominal. Esto puede disparar los interruptores automáticos incluso con un margen de potencia. La duración del pulso es de 50 a 2000 µs, con amplitud máxima al conectar en el pico de tensión de la red (325 V para 230 V). Las topologías de las SMPS determinan la magnitud: la clásica con un condensador en el lado primario produce decenas de amperios, mientras que la PSR produce amperios de un solo dígito.

Principales topologías de SMPS y sus características de corriente de arranque

Las SMPS se construyen sobre dos topologías.

Topología 1 (Clásica): Un gran condensador electrolítico (de unidades a cientos de µF) se coloca después del puente de diodos en el lado primario. Se carga hasta el voltaje pico de la red. La corriente de arranque proviene principalmente de la carga de este condensador (hasta el 98%), más pequeñas capacitancias del filtro EMI. La duración es de cientos de µs, el pico es de decenas de A. Se utiliza para potencias de 50+ W, incluyendo SMPS con corrección del factor de potencia (PFC).

Topología 2 (PSR): Un gran condensador está en el lado secundario, con capacitancias de nanofaradios en el primario. La corriente de arranque proviene de oscilaciones de elementos reactivos de la red y del filtro. El pico es de amperios de un solo dígito, la duración es de decenas de µs. Común en fuentes de alimentación de hasta 60 W.

Medición de los parámetros de la corriente de arranque

La corriente de arranque se caracteriza por un dúo: I_máx (amplitud) y T_i (duración al nivel I_máx/2). Depende de la fase de conexión: máximo en el pico de la onda sinusoidal, mínimo cerca de cero (diferencia de 8 a 10 veces).

Para la topología 1, el pulso es RC-CR: el flanco de subida está definido por L_suma/R_suma (τ_n = L_suma / R_suma), el flanco de bajada por C1 R_suma (τ_c = C1 R_suma).

Los pulsos reales incluyen oscilaciones (T_ring) de elementos reactivos. La duración T_u = T_o.i + T_ring si la energía de oscilación es despreciable (I_ring < 0.1 I_máx T_o.i) o T_o.i > 200 µs.

Para la topología 2, son oscilaciones amortiguadas. Convertir a equivalente RC-CR:

• RMS de cada medio ciclo: I_n = 0.7 * |a_n|
• I_máx = 0.7 * a1
• T_i basado en la envolvente al nivel I_máx/2 * 0.7

Recomendación: Usar un filtro digital de osciloscopio (5–20 kHz) para señales ruidosas.

Corrientes de arranque de SMPS en paralelo

Para N SMPS en paralelo, I_máx_suma ≠ N * I_máx (red ideal). Considerar parámetros de la red: Rc, Lc. La norma IEC63129 sugiere Lc = 100 µH, corriente de cortocircuito 400–460 A (Rc ≈ 0.5–0.6 Ω para 230 V).

La simulación muestra:

• En una red real, los picos se distribuyen entre fases, el I_máx total es menor que N veces.
• La inductancia de la red suaviza los flancos, reduciendo el pico general.

Pasos de cálculo para un grupo de SMPS:

• Medir I_máx, T_i para cada una.
• Estimar Lc, Rc de la red (del diseño o norma).
• Simular el pulso total en Excel: tener en cuenta los desfases de conexión.
• Verificar contra la curva de disparo del interruptor automático (integral i²t).

Selección de un interruptor automático considerando la corriente de arranque

Los interruptores automáticos se disparan mediante relés térmicos (a largo plazo) o electromagnéticos (instantáneos). Para SMPS, el relé magnético es crítico: proporcional a i²t.

• Usar curvas características (B, C, D): clase D para alto arranque (arrancadores de motores, SMPS).
• Margen: calificación del interruptor 1.5–2x la corriente operativa total.
• Para grupos: sumar energías de impulso, no picos.

Ejemplo: 10 luminarias LED (SMPS topología 2). Cada I_máx=5 A, T_i=50 µs. Idealmente 50 A, en red con Lc=100 µH—pico real ~20–30 A. Un interruptor tipo D de 10–16 A no se disparará.

Factores clave de selección:

• Topología de la SMPS.
• Fase de conexión.
• Parámetros de la red (Lc, Rc).
• Característica del relé.
• Número de cargas en paralelo.

Conclusiones clave

• La corriente de arranque de las SMPS es carga de condensadores + oscilaciones, pico hasta 100x la nominal a 325 V de conexión.
• Topología 1: decenas de A, cientos de µs; topología 2: A de un solo dígito, decenas de µs.
• Para SMPS en paralelo, pico total < N * I_máx debido a efectos de la red.
• Elegir interruptores clase D, simular i²t en Excel.
• Medir con filtro de 5–20 kHz, T_i en I_máx/2.

— Editorial Team