如何避免电容器充电会时导致的涌入电流

在大多数系统中，为了确保电源轨电压不会出现压降，电容器遍布于整个设计中。当电源刚刚被施加到系统中时，为这些电容器充电会导致一个涌入电流，如果不加以处理的话，这个电流会造成数个系统问题。

图1显示的是一个使用一个电源—DC/DC，低压降 (LDO) 稳压器，或者外部电源—为一个下游负载供电的系统示例。

图1：典型配电电路

系统启动时，电源将上升到经稳压电压。随着电压增加，一股涌入电流进入未被充电的电容器。当电容负载被切换到一个电源轨，并且必须被充电至那个电压电平时，也会产生涌入电流。进入这个电容器的涌入电流的数量由电压斜升的斜率决定，由方程式1表示：

(1)

在这里，IINRUSH 表示由电容所导致的涌入电流的数量，C代表总电容值，dV是斜升期间电压的变化量，而dt是电压斜升时的上升时间。

涌入电流带来的问题

主要有两个与涌入电流相关的顾虑。第一个顾虑就是电路板上的迹线和组件的绝对最大电流额定值。全部接头和端子块都具有特定的电流额定值，如果超过了这些额定值的话，会损坏这些部件。相似的，在进行PCB迹线设计时，都要将特定的电流承载能力考虑在内，而这些PCB迹线也存在被损坏的风险。

不过，在针对较大涌入电流峰值进行设计时，将会导致较厚的PCB迹线和更加耐用的接头，而这会增加总体设计的尺寸和成本。随着涌入电流的减少，你可以优化这些迹线和接头，以实现更小巧、价格更低的设计。

第二个担心就是当电容负载接通至已经稳定的电压轨时会出现问题。如果这个电源不能处理为这个电容器重现所需要的涌入电流数量，那么这个电压轨上的电压将被下拉。图2显示了这一运行方式。

图2：由涌入电流所导致的电源暂降

该如何设计来应对涌入电流：TPS22965应用

你可以通过增加负载电容的电压上升时间，并且减慢电容器的充电率来减少涌入电流。所有TI负载开关（TPS229xx产品）均特有一个受控输出转换率来减轻涌入电流。图3显示的是针对一个负载开关的常见应用电路。

图3：常见负载开关应用电路

图4显示的是一个5V电源，其电压被一个降压转换器降低至1.8V。在这个1.8V电压轨加电时，在这个系统中施加了一个100µF的电容值。

图4：没有转换率控制时的系统方框图

在没有受控上升时间时，这个开关不提供任何的涌入电流管理；图5中显示了其结果。

图5：没有转换率控制时的涌入电流和压降

图6显示的是同一个系统，不过其中的TPS22965负载开关（具有受控上升时间）控制电容负载。图7显示的是对应的波形。

图6：具有TPS22965的系统方框图

图7：在进行转换率控制时的涌入电流和压降

受控上升时间防止了电源电压的压降，并且将涌入电流减少到可以管理的范围内。

较大的电容值会导致涌入电流，从而造成器件损坏、系统不稳定或有害的运行方式。对于涌入电流的管理来说，TI负载开关的使用是一个既小巧又省钱的解决方案。