电子设计教程39：软启动电路-观察浪涌电流

  电路板的电源入口，一般来说都会有较大的电容，在通电的一瞬间，电容由于自身的等效电阻很小，所以瞬间电流非常大。这个电流被称为浪涌电流。浪涌电流持续时间很短，峰值远大于正常工作时的电流，可能会导致某些器件损坏，也可能导致电源电压瞬间降低，影响其它设备工作。

观察浪涌电流的思路

  浪涌电流用万用表无法观察到，需要用电流采样电路+示波器观察。

  在电路中串联一个阻值小且精确的采样电阻，然后使用示波器观察电阻两端的电压差，就可以根据瞬间的电压波形推算出瞬间的电流。此电阻阻值必须小，不能影响到电路正常工作；但是如果阻值太小，低于示波器的最小量程，会无法准确测量电压差。例如，采用10mΩ的采样电阻，在电流为0.1A的时候，只会产生1mV的电压。1mV是常见示波器的最小量程，多数情况下，示波器由于受到干扰而产生的底噪都会高于1mV。
  因此，常常先用运放电路，把采样电阻两端的电压差放大若干倍，再用示波器测量。之前学过的交流运放电路就可以实现这个功能。

  但是交流信号运算放大电路的放大倍数依赖于电阻的精度。常见的1%电阻不够精确。
  如果想精确控制放大电路的倍数，可以采用功能放大器。我们需要放大器有较高的共模抑制比，对信号的差值极敏感，对共模量不敏感。例如我们采用的INA213，共模抑制比达到120dB。除此之外，INA213内部集成了高精度的电阻对，放大倍数是固定的，也是精准的。

  可以看出此电路的放大倍数为50倍。如果流过采样电阻的电流大小为I，电流采样电路的输出电压为V，采用10mΩ的采样电阻，那么：
I * 0.01 * 50 = V
  化简可得I=2V，即电流采样电路的输出电压为1伏，那么流过采样电阻的电流大小为2安。使用电流采样电路加示波器，可以观察到浪涌电流。

浪涌电流的波形

  很多电源自带限流功能，可以避免输出电流过大，烧坏后续电路板，因此无法观察到浪涌电流。为了观察到浪涌电流，我把软启动电路板的输入端放置大容量电容Cin，相当于电源不防浪涌的输出端；在电路板的输出端也放置大电容CL，作为负载的输入端。电源与电路板连接时，将Cin充满电；闭合开关的瞬间，Cin为CL充电，两者间电阻极小，故浪涌电流极大。

  下图是浪涌电流的波形图，黄色是电流采样电路的输出，通过公式I=2V可以计算出浪涌电流的大小。蓝色是负载电容的电压。

  可以看出，开关闭合过程中，由于弹性触点的临界状态，会产生不止一次（3次）浪涌电流，浪涌电流大小超过10A，由于电流采样电路限制，只能观察到5V的电压，所以只能显示10A。浪涌电流随着两个电容压差的增大而减小，持续时间不超过1ms。