AC-DC ve DC-DC Çeviricilerde Başlangıçtaki Ani (Inrush) Akımı Sınırlamak İçin Önlemler
- ATAQ İleri Teknoloji
- 1 gün önce
- 21 dakikada okunur
KISACA
Ani akım veya namı değer "Inrush current", güç elektroniğinin en klasik ve en sinsice masraf çıkaran konularından biridir.
Sigorta attırır, röle kontaklarını kaynak yapar, köprü diyodu döver, MOSFET’ i lineer bölgede kızartır, hatta şebekede gerilim çökmesine/flicker’a bile katkı verebilir.
Bu makalede; “AC-DC ve DC-DC’ de Inrush Current: Neden olur, nasıl ölçülür, nasıl ehlileştirilir?” anlatılmaya çalışılacaktır.
INDEKS
INRUSH NEDİR? “STEADY-STATE” AKIMDAN FARKI
AC-DC TARAFINDA INRUSH KAYNAKLARI
DC-DC TARAFINDA INRUSH KAYNAKLARI
ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ
FARKLI YAKLAŞIMLAR
ÖRNEK OLAY-ANALİZ-ÇÖZÜM
EN SIK YAPILAN HATALAR / SAHA HİKÂYELERİ
TASARIM REÇETESİ
BAŞLANGIÇ ANİ/INRUSH AKIMINI SINIRLAMAK İÇİN YÖNTEMLER
SONUÇ
INRUSH NEDİR? “STEADY-STATE” AKIMDAN FARKI
Inrush current (ilk kalkış/ilk şarj akımı), bir güç kaynağına enerji verdiğin anda — milisaniyeler ile birkaç yüz milisaniye aralığında — normal çalışma akımının çok üstüne fırlayan geçici (transient) akımdır.
Steady-state akım ise sistem oturduktan sonra (kapasitörler dolmuş, manyetikler “yerini bulmuş”, kontrol döngüsü kararlı), yükün ihtiyacına göre akan normal çalışma akımıdır.
Aradaki fark, özünde şudur...
Inrush: “Başlangıçta enerji depolarını dolduruyorum / manyetikleri mıknatıslıma” akımı
Çok kısa sürer ama tepe değeri çok yüksektir.
Daha çok kaynağın ve giriş yolunun empedansı (kablo, köprü diyot, NTC, ESR/ESL…) tarafından belirlenir.
Steady-state: “Artık yükü besliyorum” akımı
Uzun süre devam eder, ortalama/RMS değeri önemlidir.
Daha çok güç seviyesi, verim ve yük profili tarafından belirlenir.
Basit benzetme
Inrush = depoyu ilk doldururken musluğu sonuna kadar açmak
Steady-state = depoyu dolu tutmak için gereken sabit debi
Neden inrush olur? (en tipik iki sebep)
Kapasitör şarjı: İlk anda kapasitör “boş” olduğu için kısa devreye yakın davranır → büyük akım çeker. (AC-DC’de bulk kondansatör, DC-DC’de giriş/çıkış kapasitörlerı)
Manyetik inrush (doyum/akı koşulları): Trafo/indüktör, açma anında akı koşullarına bağlı olarak doyuma yaklaşır → akım sıçrayabilir.
Ölçüm/ifade farkı
Inrush genelde: I_peak (tepe akım) + pulse width (süre) + bazen I²t (sigorta/şalter stresi) ile tarif edilir.
Steady-state genelde: I_avg / I_rms (ortalama / efektif) ile tarif edilir.
Kısa cümleyle:
Inrush bir “başlangıç darbesi”, steady-state ise “normal çalışma” akımıdır; biri tepe ve süreyle, diğeri RMS/ortalama ile konuşulur.
AC/DC bir çeviricinin veya DC/DC bir çeviricinin; örneğin bir şarj cihazının giriş filtresi kapasitörü hızla şarj olduğunda, tepe akımı sabit durum giriş akımından çok daha büyüktür.
Güç kaynağınız; AC anahtarlarının, doğrultucu köprülerinin, sigortaların ve EMI filtre cihazlarının dayanabileceği aşırı gerilim seviyelerini sınırlamalıdır.
Döngüyü tekrar tekrar değiştirmek, AC giriş voltajı güç kaynağına zarar vermemeli veya sigortanın atmasına neden olmamalıdır.
Anahtarlamalı güç kaynağının ani akımı, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi güç açıldığında güç kaynağı ekipmanına akan tepe akımını ifade eder.
Ani (Inrush) akımı; devre anormallikleri nedeniyle bağlantı sıcaklığının nominal bağlantı sıcaklığını aşmasına neden olan, tekrarlamayan maksimum ileri aşırı yük akımını ifade eder.
Yukarıdaki şekilde gösterilen anahtarlamalı güç kaynağında, giriş voltajı önce filtre tarafından filtrelenir, daha sonra bir köprü doğrultucu tarafından DC' ye dönüştürülür ve daha sonra gerçek DC/DC dönüştürücüye girmeden önce dalga biçimi büyük bir elektrolitik kapasitör tarafından düzleştirilir.
Giriş dalgalanma/ani akımı, elektrolitik kapasitör başlangıçta şarj edildiğinde üretilir ve büyüklüğü, gücün başlangıcında giriş voltajının genliğine ve köprü doğrultucu ile elektrolitik kapasitör tarafından oluşturulan döngünün toplam direncine bağlıdır. AC giriş voltajının tepe noktasında başlarsa, tepe giriş ani akımı görünecektir.
AC-DC TARAFINDA INRUSH KAYNAKLARI
A) En büyük suçlu: bulk (DC bus) kapasitörünün ilk şarjı
Köprü doğrultucu sonrası büyük elektrolitikler ilk anda “neredeyse kısa devre” gibi davranır. Tepe akımını kabaca şu belirler:
Şebeke anlık gerilimi (hangi fazda açtın?)
Toplam seri empedans: NTC/direnç + hat direnci + köprü + kablo + EMI filtre endüktansı vs.
Bulk kapasitör değeri ve ESR’si
B) Manyetik inrush (trafo/indüktör doyumu)
Özellikle bazı topolojilerde (PFC choke, giriş EMI common-mode choke, trafo) açma anındaki akı koşulları doyuma iter, akım sıçrayabilir. Bu darbe bulk şarjına eklenebilir.
C) Standart/uyumluluk notu (AC tarafı)
Şebekeye bağlı ürünlerde ani akım çekişi gerilim düşümü/flicker testleriyle ilişkilendirilebilir.
DC-bus kapasitörü şarjını kontrollü yapmak için TRIAC/SCR ile kademeli (phase control) çözümler de vardır. Yöntemler kısmında verilmiştir.
DC-DC TARAFINDA INRUSH KAYNAKLARI
DC-DC’ de iki tip “ani (inrush) akım” sık görülür:
A) Giriş kapasitörleri + düşük kaynak empedansı
Özellikle brick modüller, kart üstü büyük giriş kapasitörleriyle gelir; kaynak sertse (batarya, güçlü DC bus) inrush büyür.
B) Soft-start / kontrol döngüsü kaynaklı akım
Bazı kontrolcüler yumuşak başlatma yapsa bile, yükte büyük çıkış kapasitörü, pre-bias (çıkışta ön gerilim), veya hatalı compensation/enable sıralaması farklı inrush şekilleri doğurabilir.
DC-DC tarafında “inrush” genelde tek bir şey değil; birkaç farklı fiziksel mekanizmanın aynı anda sahneye çıkması.
Aşağıda DC-DC’de inrush’ı doğuran başlıca kaynakları, nasıl tanınacağını ve tipik risklerini netçe toparlayayım.
1) Giriş kapasitörlerinin ilk şarjı (en yaygın)
DC-DC modülün girişinde (modül içi + kart üzeri) Cin vardır. Modülü DC baraya bağladığın anda Cin “0 V” olduğundan kısa devre gibi davranır.
Ne belirler? Kaynağın sertliği (batarya/DC bara), kablo/konektör empedansı (R ve L), Cin büyüklüğü, bağlantı şekli (hot-plug).
Belirti: Takınca kıvılcım/pitting, sigorta/koruma tetiklenmesi, bazı açılışlarda reset.
Not: Laboratuvar güç kaynağı (current limit) bu olayı çoğu zaman “yumuşatır”, sahada patlar.
2) Çıkış kapasitörlerinin dolması → girişe yansıyan akım (kontrol döngüsü üzerinden)
Çıkışta büyük Cout (yük kapasitörü, hold-up, motor sürücü DC link, vs.) varsa, DC-DC açılırken çıkışı yükseltmek için enerji pompalar. Bu enerji girişten çekildiği için giriş akımı başlangıçta yükselir.
Özellik: Bu inrush, “Cin şarj darbesi” gibi mikro-milisaniye değil; daha uzun (ms–100ms) sürebilir.
Ne belirler? Soft-start süresi, akım limit eşiği, kontrol topolojisi, Cout ve hedef Vout.
Belirti: Açılışta girişte uzun süreli yüksek akım, bazen UVLO “çıtçıt” (hiccup) davranışı.
3) Soft-start “var ama yetmez”: kontrolcünün akım limitine çarpması
Bazı tasarımlarda soft-start, referansı yavaş artırır ama yük çok ağırsa sistem hızlıca current limite dayanır. Bu durumda giriş akımı, limit etrafında “saturate” olur ve açılış uzar.
Belirti: Vout yavaş yükselir, bazen hiç yükselmez; giriş akımı limitte kalır; modül ısınıp kapanabilir.
Saha klasiği: “Boşta açıyor, gerçek yükte açmıyor.”
4) Hiccup / retry modları (koruma kaynaklı inrush tekrarı)
Birçok DC-DC, aşırı akımda “hiccup” yapar: kapatır, bekler, tekrar dener. Eğer problem ağır yük/Cout ise her denemede yeniden inrush olur; ortalama stres büyür.
Belirti: Tık tık açılıp kapanma, girişte periyodik akım darbeleri, EMI’de “tarak” gibi spektrum.
5) Hot-plug ve kablo endüktansı: inrush şeklinin sivrilmesi
Kaynak sert + kablo uzun + loop alanı büyükse L_path büyür. Bu, akımı aniden sınırlarken aynı zamanda çınlama (ringing) ve tepe oluşumuna yol açar.
Belirti: VIN’de overshoot/undershoot, kıvılcım, bazen kontrolcünün abs max’ına yaklaşan pikler.
Not: “Tepe akım” kadar “VIN overshoot” da öldürücü olabilir.
6) Pre-bias / backfeed (paralel sistemlerin sinsi inrush’ı)
Çıkış hattı başka bir kaynaktan zaten besleniyorsa (paralel modüller, OR-ing yok, yükte enerji), DC-DC kapalıyken bile ters akım yolları oluşabilir. Sonra modül açıldığında beklenmedik akım profilleri görülür.
Belirti: EN kapalı modülün ısınması, garip resetler, “bir modül arızalanınca diğeri de gidiyor” vakaları.
7) İç topolojiye bağlı özel durumlar (önemli)
Senkron doğrultma: Ters akım/backfeed riskini artırabilir (tasarıma bağlı).
Geniş giriş aralıklı modüller (9–75 V): Daha büyük Cin, daha agresif UVLO/OVP davranışları, daha farklı start senaryoları.
Negatif giriş/çıkış referansları, şasi bağlantıları: Hot-plug anında ground bounce ile kontrol pinleri “yanlış” seviyeler görebilir.
ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ
Pratik ölçüm yöntemleri
Akım probu (Hall / Rogowski) + osiloskop: en temiz yöntemdir.
Şönt direnç (çok düşük mΩ) + diferansiyel prob: en doğru ama kurulum dikkat isteyecektir.
Sigorta/NTC “ısınmış mı” gibi dolaylı gözlemler: sadece destekleyici ölçümdür.
En kötü şartlar (worst-case koşulları)
Soğuk start (NTC en düşük R’de değil, tam tersine soğukken düşük değil yüksek—ama tekrar startta sıcak kalıp düşük R’ye iner; iki senaryo da önemlidir.)
Minimum/maximum giriş gerilimi
Kısa aralıkla tekrar aç-kapa (NTC “sıcak yeniden başlatma”da etkisizleşir)
En büyük yük kapasitansı / boş kapasitör
En kötü faz açma (AC’de sinüs tepeye yakın açma genelde daha sert)
FARKLI YAKLAŞIMLAR
EFSANE YAKLAŞIMLAR:
“NTC her şeyi çözer.”
“Bench supply’da çalışıyorsa sahada da çalışır.”
“Tepe akım önemli değil, ortalama güç önemli.”
“Daha büyük sigorta takınca sorun biter.”
Genç kitle “hemen deneyeyim demeye bayılır. Buna meyletmemek gerekir.
“Bunu böyle sanıyordum… meğer değilmiş”
İnternette inrush hakkında çok “kolay cevap” var: “NTC koy, geç.” Gerçekte inrush, bir parçadan çok sistemin karakteri. Aynı kart, farklı kabloyla; aynı modül, farklı güç kaynağıyla bambaşka davranabiliyor.
Bu yüzden aşağıdaki kısa “efsane–gerçek” listesi, sahadaki arızaların önemli bir kısmını daha tasarım masasında yakalamanı sağlar:
Efsane: “Bench supply’da sorunsuz açılıyorsa sahada da açılır.”Gerçek: Laboratuvar kaynağı çoğu zaman fark etmeden akımı sınırlar; sahada batarya/DC bara bunu yapmaz ve inrush gerçek yüzünü gösterir.
Efsane: “NTC her koşulda inrush’ı çözer.”Gerçek: NTC soğukken kahraman olabilir, ama sıcak yeniden başlatmada etkisi dramatik düşer; sorun genellikle tam da elektrik gidip geldiğinde patlar.
Efsane: “Tepe akım kısa sürdüğü için önemli değil.”Gerçek: Kısa sürmesi, zarar veremeyeceği anlamına gelmez. Kontakt yüzeyi, diyot, MOSFET ve sigorta çoğu zaman tepe akımı “hatırlar”.
Efsane: “Sigortayı büyütürüm, konu kapanır.”Gerçek: Sigortayı büyütmek bazen semptomu saklar, korumayı zayıflatır ve gerçek arızada hasarı büyütür.
10 Dakikalık Mini Deney: “İlk kıvılcımı gördüğün an konu oturuyor”
Inrush’ı gerçekten anlamanın en hızlı yolu, onu bir kez gözünle görmek. 24–48 V gibi güvenli bir DC seviyede bile, boş bir kondansatörü sert bir kaynağa bağladığında konnektörde oluşan küçük “tık” sesi ve bazen kıvılcım, aslında enerjinin ne kadar hızlı aktığını anlatır. Aynı bağlantıyı sadece seri birkaç ohm ekleyerek tekrar ettiğinde ise her şey sakinleşir.
Bu mini deney, kitap cümlelerinin yapamadığını yapar: inrush’ı “soyut bir terim” olmaktan çıkarıp gerçek bir tasarım parametresi haline getirir.
Bu arada; genç bir mühendisken, ben de bu tarz yaklaşımlar sergilerdim.
Saha Notu Formatı: “Arıza böyle gelir, kök neden böyle bulunur”
Sahada inrush problemleri genellikle “bazen oluyor” diye başlar: bazen sigorta atar, bazen modül açılmaz, bazen konnektör ısınır. Bu belirsizlik yüzünden ekipler haftalarca yanlış yerde arar.
Oysa iyi bir inrush analizi, belirsizliği hızla temizler:
Belirti → Ölçüm → Kök Neden → Kalıcı Çözüm.
Bu zinciri kurduğunda, “rastgele sorun” dediğin şeyin aslında belirli bir senaryoda (sıcak restart, hot-plug, pre-bias) tekrar eden bir fizik kuralı olduğunu görürsün.
“SOA Gerçeği”: Akım limiti koymak yetmez, enerjiyi de yönetmek gerekir
Birçok mühendis için en şaşırtıcı nokta şudur: “Akımı sınırladım, MOSFET güvende” düşüncesi çoğu zaman yanlıştır.
Çünkü MOSFET lineer bölgede çalışırken aynı anda hem yüksek akım hem de yüksek gerilim görür ve o anki kayıp P = VDS × ID olur.
Bu kayıp kısa sürer ama toplam enerji, yani
E = ∫ VDS·ID dt, MOSFET’in güvenli çalışma alanını (SOA) aşarsa, arıza bazen hemen değil, yüzlerce açma-kapama sonra gelir.
Yani inrush tasarımı, sadece “akım tepesini” değil, enerjinin hangi süreye yayıldığını da tasarlamaktır.
Kontrol Listesi: Bunları kontrol etmek gerekir.
Inrush problemlerinin çoğu, tasarım review sırasında şu basit sorular sorulmadığı için sahaya taşınır:
Soğuk start kadar sıcak yeniden başlatma test edildi mi?
Gerçek kaynakla (batarya/DC bara) test edildi mi, yoksa sadece bench supply mı görüldü?
Hot-plug senaryosunda (tak-çıkar) konektör ve kablo empedansı dikkate alındı mı?
Paralel sistemlerde pre-bias/backfeed ölçüldü mü?
Akım tepesinin yanında I²t/enerji hesabı yapıldı mı?
Koruma elemanları “sorunu saklamak” için değil, “sorunu çözmek” için mi seçildi?
Bu kontrol listesi tamamlanmadan “sahada sürpriz olmaz” demek genelde iyimserliktir.
Dalga Şekli Galerisi: “Bir osiloskop ekranı bin cümle eder”
Inrush’ı anlatmanın en ikna edici yolu çoğu zaman bir grafiktir. Aynı devre üzerinde sadece start yöntemini değiştirip akım dalga şeklini yan yana koyduğunda, okuyucu şunu net görür:
Kötü inrush sadece “büyük akım” değil, aynı zamanda kontakt, diyot ve MOSFET üzerinde ani stres demektir.
İyi start ise aynı enerjiyi daha uzun zamana yayar; parça ömrü, EMI davranışı ve saha güvenilirliği gözle görülür biçimde iyileşir.
EN SIK YAPILAN HATALAR / SAHA HİKÂYELERİ
“NTC koyduk bitti” sanmak (özellikle sıcak yeniden başlatma)
Hata: NTC soğukken sınırlıyor, ama cihaz kapat-aç yapıldığında NTC hâlâ sıcakken direnci düşüyor → ikinci açılışta inrush patlıyor.
Saha hikâyesi: Testte her şey OK. Müşteri sahada “elektrik gidip geliyor” ortamında çalıştırıyor; ikinci/üçüncü geri gelmede sigorta atıyor. Ürün “arızalı” diye dönüyor ama asıl suçlu NTC’nin sıcak start senaryosu.
Röle-bypass zamanlamasını rastgele yapmak
Hata: NTC + röle bypass tasarımında röleyi çok erken çekmek (bulk kap tam dolmadan) veya çok geç çekmek (NTC gereksiz ısınır, kayıp artar).
Saha hikâyesi: Cihaz açılıyor ama bazı açılışlarda “tık” sesiyle birlikte şalter atıyor. Osiloskopta bakınca röle çektiği anda Vbus hâlâ yükselirken seri empedans bir anda kalkıyor → ikinci bir inrush darbesi.
MOSFET’li aktif inrush’ta SOA’yı okumamak
Hata: “Akımı 3A ile sınırladım, tamam” deyip MOSFET’in lineer bölgede aynı anda yüksek VDS + yüksek ID gördüğünü unutmak.
Saha hikâyesi: Laboratuvarda 10 açılış sorunsuz. Sahada 200. açılışta MOSFET kısa devre. Çünkü sıcak ortam + yüksek Vin + uzun precharge süresi = MOSFET’in birikimli termal stresi.
Ölçümü yanlış yapmak (ve yanlış sonucu doğru sanmak)
Hata örnekleri:
Akım probu doyuma giriyor / bant genişliği yetersiz → tepe akımı düşük görüyorsun.
Şönt ölçümünde kablo endüktansı yüzünden “ringing” tepeyi şişiriyor ya da gizliyor.
Osiloskop tetik ayarı yüzünden gerçek en kötü olayı kaçırıyorsun.
Saha hikâyesi: “Inrush 12A” diye raporlanıyor. Müşteri sahada 16A sigorta attırıyor. Sonra doğru probla bakınca tepe 45A çıkıyor; ilk ölçüm cihazı olayı filtrelemiş.
Laboratuvar güç kaynağıyla kendini kandırmak (özellikle DC-DC)
Hata: Bench supply current limit’e girer, yumuşak başlatma gibi davranır. Gerçek sahada batarya/sert DC bus ile bambaşka olur.
Saha hikâyesi: Prototip, laboratuvarda “ne güzel açılıyor.” Araç üstü bataryaya bağlanınca konnektörde kıvılcım, sigorta atması, hatta pinlerde kararma.
Konektör/hot-plug fiziğini ciddiye almamak
Hata: “İnce bir XT/faston/mini-fit yeter” deyip pre-charge pini, pin sıralaması, temas sekansı, ark dayanımı düşünmemek.
Saha hikâyesi: Sahada teknisyen “tak-çıkar” yapıyor; birkaç hafta sonra aynı cihaz arıza veriyor. İnceleme: giriş konnektör pimi mikrokaynak + oksitlenme → temas direnci artmış → daha fazla ısınma → kısır döngü.
EMI filtresi ile inrush’ın etkileşimini unutmak (AC-DC)
Hata: Girişteki diferansiyel endüktans + bulk kapasitör, açılışta “zıplama/çınlama” (ringing) yapar. Bu hem komponent stresini hem de bazı korumaları tetikleyebilir.
Saha hikâyesi: Aynı tasarım, bir tedarikçiden farklı EMI filtreyle gelince “rastgele açılmama” başlıyor. Meğer filtre endüktansı değişmiş, inrush dalga şekli UVLO/OVP eşiğini zıplatıyor.
“Sigorta değerini büyütürüz” yaklaşımı
Hata: Tepe akımı çözmek yerine korumayı büyütmek; sonra gerçek arızada sigorta geç açar, daha büyük hasar olur.
Saha hikâyesi: “16A yerine 25A takınca düzeldi” deniyor. 3 ay sonra bir kısa devrede PCB yol kalkıyor; çünkü sigorta artık sistemi korumuyor.
AC tarafında şalter tipini (B/C/D) hesaba katmamak
Hata: Bazı sahalarda MCB (otomatik sigorta) tipleri inrush’a aşırı hassas olabilir. Laboratuvarda başka tip şalterle test edilince kaçıyor.
Saha hikâyesi: Ürün fabrikada sorunsuz, müşteri tesisinde her açılışta atıyor. Aynı akım ama farklı açma eğrisi → “benim ürünüm bozuk” sanılıyor.
Pre-bias / back-feed senaryolarını atlamak (DC-DC)
Hata: Çıkışta zaten bir gerilim varken (paralel hat, OR-ing, yükte enerji depolanmış) DC-DC’nin start davranışı değişir: ters akım, beklenmeyen inrush, koruma tetikleme.
Saha hikâyesi: Paralel güç modüllerinde “bazen biri yanıyor.” Meğer diğer hat çıkışı pre-bias yapıyor; modül giriş/çıkış diyotları üzerinden ters yönde anlık akım akıyor.
“Saha Notu”
Belirti: (sigorta atıyor / konnektör kararıyor / rastgele reset)
Kök neden: (sıcak start NTC / SOA ihlali / ölçüm filtresi)
Hızlı test: (soğuk-sıcak tekrar aç, farklı şalter, sert kaynakla dene)
Kalıcı çözüm: (röle timing, aktif precharge, pre-charge pin, SOA derating)
ÖRNEK OLAY-ANALİZ-ÇÖZÜM
Senaryo 1 — 150 W Brick (9–75 VDC), sert DC baraya hot-plug
Kurgu
Ürün: 150 W izole brick DC-DC (9–75 V giriş)
Girişte toplam kapasitans: modül + kart üzeri = C_in ≈ 690 µF(örnek: modül 220 µF + kart 470 µF)
Sahadaki kaynak: 75 V DC bara (batarya + DC bus), çok sert
Kablo + bağlantı toplamı:
Direnç: R_path ≈ 20 mΩ (kablo+konnektör+bara)
Endüktans: L_path ≈ 1 µH (kablo/loop)
Olay
Teknisyen ürünü “tak” diye DC baraya bağlıyor. Konnektörde minik kıvılcım, bazen şalter atması, bazen de modül “çok nadiren” bozuluyor.
Sayısal Gerçek
1) Eğer sadece direnç sınırlasaydı (teorik):
Tepe akım ≈ Ipk= V/R=75/0.02 =3750A
Bu pratikte kablo endüktansı yüzünden anında oluşamaz ama “niyet” bu: sistem kondansatörü şokla doldurmak istiyor.
2) Gerçekte ilk sınır çoğu zaman endüktans (di/dt):
di/dt=V/L= 75/1uH= 75MA/s
10 µs içinde: i≈75MA/s x 10us=750A
50 µs içinde: i≈3750A (direnç limitiyle aynı yere yaklaşıyor)
Bu yüzden konnektör “hot-plug” anında ark görür; pimin yüzeyi mikro kaynak yapar, sonra temas direnci artar, sonra daha çok ısınır. Domino etkisi diyebiliriz.
3) Kapasitörde depolanan enerji (bu enerjiyi bir yerde yakıyorsun):
EC=1/2 x C x V^2=0.5×690μF×75^2 ≈ 1.94 J
1.94 J küçük gibi durur ama milisaniyeler içinde transfer olunca metal yüzeyler hemen yanıt verir.
Çözüm A — “Ben pasifçi adamım”: seri direnç/NTC
Diyelim soğukken 2.5 Ω gibi bir seri sınırlama koydun.
Tepe akım kabaca: Ipk≈75/2.5=30 A
Bu çoğu konektörü ve izleri hayatta tutar.
Ama saha tokadı: ürün kapat-aç olursa NTC sıcak kalır → direnci düşer → inrush geri büyür. Yani “ilk açılış OK, ikinci açılış kıyamet” vakası çok yaygın.
Çözüm B — “Ben kontrollü adamım”: aktif inrush (hot-swap tarzı MOSFET ile)
Akımı 10 A ile sınırladığını düşün.
Kapasitörü 0’ dan 75 V’ a doldurma süresi:
t ≈ CV / I = 690μF × 75 / 10 ≈ 5.175 ms
MOSFET’in yediği enerji (lineer bölgede):
Bu tarz sabit akımlı şarjda MOSFET yaklaşık kapasitörde depolanan enerji kadar enerjiyi ısıya çevirir: ~1.94 J.
Ortalama güç:
Pavg ≈ 1.94 / 0.005175 ≈ 375 W
Bu “375 W sürekli” değil; 5 ms’lik darbe. İşte SOA burada devreye girer:
MOSFET’in datasheet’inde “10 ms pulse” gibi bölgeler kontrol edilmezse, sahada “200. açılışta yanabilir”
Akım limitini seçmek yetmez; MOSFET’in o limitte kaç milisaniye lineer bölgede kaldığını da seçmiş olursun.
Senaryo 2 — AC-DC (230 Vac), köprü + bulk kapasitör: “sigorta niye atıyor?”
Kurgu
Şebeke: 230 Vac
Doğrultma sonrası tepe: Vpk ≈ 230 × 2 ≈ 325 V
Bulk kapasitör: C_bulk = 220 µF / 400 V
Hat + köprü + kablo toplam seri direnç: R_line ≈ 0.5 Ω (tipik bir “sert” varsayım)
NTC yok / ya da yetersiz
Olay
Laboratuvarda bazen açıyor, sahada bazı panolarda her açışta MCB atıyor. “Cihaz arızalı” sanılıyor.
Sayısal gerçek
1) En kötü an: sinüs tepesine yakın anda açma
Kapasitör boşken, ilk anda yaklaşık:
Ipk ≈ 325 / 0.5 = 650 A
Bu değeri gerçek hayatta EMI filtresi endüktansları biraz şekillendirir ama “650A mertebesi” demek bile neden şalterin gerildiğini anlatır.
2) Bulk kapasitörde depolanan enerji
E = 1/2 x C x V^2 = 0.5 × 220μF × 325^2 ≈ 11.62 J
11.6 J, artık “konnektör öpücüğü” değil; köprü diyot / NTC / direnç / röle kontak için ciddi bir darbe enerjisi.
Çözüm A — NTC eklemek (soğukta iyi, sıcakta sürprizli)
Soğukken R_NTC ≈ 5 Ω diyelim.
Toplam R≈5.5ΩR \approx 5.5 ΩR≈5.5Ω olur.
Soğuk açılış tepe akım:
Ipk ≈ 325 /5.5 ≈ 59 A
Bu genelde yönetilebilir.
Saha tokadı (sıcak yeniden başlatma):NTC ısındıktan sonra mesela 0.5Ω seviyesine düşebilir.
Toplam R ≈ 1.0ΩR olursa:
Ipk ≈ 325 / 1.0 = 325 A
İşte “güç gidip geldi” senaryosunda her şeyin dağıldığı yer burası.
Çözüm B — NTC + röle bypass (zamanlama kritik)
İlk 50–200 ms NTC sınırlasın
DC bus dolunca röle NTC’yi bypass etsin
Röle erken çekerse: ikinci inrush; geç çekerse: NTC gereksiz ısınır
Çözüm C — Aktif pre-charge (özellikle yüksek güçte “adam gibi” çözüm)
MOSFET + kontrol ile Vbus’u kontrollü yükseltirsin, şebeke ve köprü üzerindeki stres dramatik düşer.
DC-DC hot-plug senaryosunda mesele çoğu zaman: çok düşük empedans + büyük Cin → konnektör ve MOSFET’e darbe
AC-DC bulk senaryosunda mesele: 325 V tepe + Cbulk → köprü/MCB/NTC’ye darbe
Senaryo 3 — 28 V bus + paralel DC-DC modüller (N+1 veya yedekli)
Amaç:
Aynı 28 V DC baradan iki adet 9–75 V girişli DC-DC ile yük beslemek (ör. 28→12 V veya 28→24 V)
Modül başına giriş kapasitansı: C_in(modül) ≈ 220 µF
Kart üzeri ek giriş kapasitansı: C_in(extra) ≈ 470 µF
Toplam (her modül tarafında): C_in ≈ 690 µF
Bus: Vbus = 28 V
Kablo/iz endüktansı (loop): L ≈ 0.5–1 µH
Yol direnci: R ≈ 20–50 mΩ (konektör + iz + kablo)
Olay (Saha senaryosu)
Modül-A çalışıyor, modül-B kapalı (EN kapalı / UVLO’da / arızalı / yeni takılacak). Yük tarafında veya sistemde bir noktada enerji var ve modül-B’ye istemeden “arka kapıdan” gerilim geliyor.
Bunu iki alt vaka gibi düşünün:
Vaka 1 — Çıkış OR-ing var ama giriş tarafı “hot plug”
Modül-B’nin girişinde büyük Cin var. Teknisyen modül-B’yi 28 V baraya takıyor.
“Kıvılcım + kontak yıpranması” neden olur?
Kapasitör enerjisi:
E = 1/2 x C x V^2 = 0.5 × 690μF × 28^2
E ≈ 0.270 J
0.27 J kulağa küçük geliyor ama bu enerji milisaniyenin çok altında boşalırsa konnektörde ark/mikro-kaynak yapmaya yeter.
İlk an akımı (kaba sınır):
Eğer sadece R ile sınırlansa: Ipk ≈ 28 / 0.02 = 1400A (teorik)
Pratikte ilk sınır genelde L ile gelir:
di / dt = V / L = 28 / 1μH = 28 MA/s
10 µs’ de ~280 A
50 µs’ de ~1400 A
Saha belirtisi: Konektörde pitting/kararma, “bazen açılmıyor”, bazen sigorta/koruma tetikleniyor.
Bu vaka ters akımın “girişten içeri” kısmı; çoğu kişi bunu inrush diye görür ama paralel sistemlerde çok daha kötüsü var:
Vaka 2 — Pre-bias/backfeed: Modül kapalıyken çıkıştan içeri beslenme
Bu daha sinsi ilerleyen bir olaydır.
Nasıl oluyor?
Modül-B kapalıyken bile çıkış hattı başka bir kaynaktan (Modül-A, batarya, büyük çıkış kapasitörleri, yükün kendisi) 12/24/28 V ile pre-bias oluyor.
Birçok DC-DC modülde şu “arka kapılar” vardır:
Sekonderde senkron doğrultma MOSFET’lerinin body diode yolu
Output filtre elemanları üzerinden kontrolsüz akım yolu
İzolasyon trafosu üzerinden değil; ama sekonder güç katı üzerinden primer taraf kontrol devresine doğru dolaylı yollar
Bazı modüllerde “output-to-input” ters akıma karşı net bir bloklama yoktur (özellikle EN kapalıyken)
Sayısal bir örnek (12 V çıkışlı paralel sistem)
Çıkış bus: Vout_bus = 12.0 V
Modül-B kapalı ama çıkışına bağlı: (OR-ing diyotları yoksa / ideal diyot kontrolcüsü yoksa)
Modül-B’nin çıkış kapasitansı: C_out(B) ≈ 2×470 µF = 940 µF (örnek)
Modül-B’nin iç sekonder yolu eşdeğer direnci: R_backfeed ≈ 100 mΩ (tamamen örnek; gerçek 30–300 mΩ arası olabilir)
İlk anda çekilebilecek ters akım (yaklaşık)
Irev,0 ≈ V / R = 12 / 0.1 = 120
Bu 120 A “sonsuz” sürmez; ama ilk anda çok yüksek olabilir. Üstelik bu akım:
Modül-B’ nin sekonder MOSFET’ lerini,
akım sense noktalarını,
bazen kontrol entegresinin besleme yollarını beklenmedik yönde zorlar.
Saha belirtisi (en tipik):
Kapalı modül “ılık” kalır (dokununca sıcak)
EN kapalıyken bile birkaç yüz mA – birkaç A “hayalet akım”
Sistem kapanınca bazı rail’ler “yavaş sönmez”, garip resetler
Bir modül arızalanınca zincirleme: “yedek modül de bozuldu” (çünkü backfeed onu da zorladı)
Daha da kötüsü: 28 V çıkışlı sistem (senin dünyana daha yakın)
Eğer paralel hat 28 V ise:
Aynı R_backfeed 100 mΩ varsayımıyla
Irev,0 ≈ 28 / 0.1 = 280A
Bu, gerçek hayatta kablo/iz/L ile şekillenir ama “yıkıcı potansiyeli” anlatır.
Bu problem 9–75 V giriş aralığında neden daha “kolay” görülür?
Çünkü bu tip modüller:
çok geniş giriş aralığı için genelde girişte büyük Cin taşır,
EN/UVLO davranışları “kapalıyken bile bazı iç yolları açık” bırakabilir,
Senkron doğrultma kullanılan tasarımlarda ters enerji akışına yatkın olabilir (tasarıma bağlı).
Çözümler (sahada en az acıtan sıralama)
Aşağıdakilerden 1–2’si genelde işi bitirir:
1) Çıkış tarafında OR-ing (ideal diyot ya da diyot)
Her modül çıkışına seri OR-ing elemanı koy: backfeed’i keser.
Diyot: basit ama kayıp/ısınma
“Ideal diode controller + MOSFET”: düşük kayıp, profesyonel
2) Modülün “pre-bias tolerant” davranışını netleştir
Bazı modüller datasheet’te “pre-biased output start-up” diye yazar.
Yazmıyorsa: EN kapalıyken çıkıştan akım akıyor mu mutlaka ölç.
3) Giriş tarafında hot-swap / inrush kontrol (özellikle tak-çıkar varsa)
Modül girişine aktif inrush kontrol: konektör arkını azaltır
Paralel sistemlerde “tak-çıkar + Cin” ikilisi çok baş ağrıtır
4) EN kontrol sıralaması (sequencing)
Paralelde modülleri aynı anda değil, kontrollü sırayla açmak bazen backfeed’i düşürür
Ama tek başına güvenme; OR-ing kadar deterministik değil
Senaryo 3' te “Saha Test Prosedürü” (kısa ve net)
Modül-B’yi kapalı bırak (EN=0 veya UVLO).
Çıkış bus’a dışarıdan nominal gerilim uygula (12/24/28 V).
Modül-B giriş akımını ve çıkıştan modüle akan akımı ölç:
I_rev var mı? kaç mA / kaç A?
1–2 dakika sonra modül gövde sıcaklığına bak (termal kamera varsa daha iyi olur).
Aynı testi OR-ing ekleyerek tekrar et → fark hemen çıkar.
TASARIM REÇETESİ
Hedef inrush limiti belirleyin (sigorta, konektör, köprü diyot, şebeke droop limiti)
Toplam kapasitans (Cin + Cbulk + Cout etkisi) ve başlangıç gerilimi (0 V mı, pre-bias var mı?) belirleyin
Pasif mi aktif mi?
<~50–100 W: NTC/direnç çoğu zaman yeter
Yüksek güç / sert kaynak / hot-plug: hot-swap + MOSFET daha güvenli
Aktifte: Rsense, Ilimit, soft-start/gate kapasitörü, MOSFET SOA kontrolü yapın.
Ölç → “soğuk”, “sıcak restart”, “min/max Vin” senaryolarında doğrulayın.
Inrush akımı “kısa bir olay” gibi görünür; aslında enerji + süre problemidir. Birkaç milisaniyede taşınan enerji; sigortayı, konektörü, köprü diyodu veya MOSFET’i yorabilir.
Bu yüzden tasarım yaklaşımı şu:
(1) hedefi seç → (2) Kapasitör değerini belirle → (3) yöntem seç → (4) stresleri hesapla → (5) üç senaryoda doğrula.
1) Hedef inrush limitini belirleyin: “Neyi koruyorsun?”
Inrush için tek bir “Akım” değeri yetmez.
Üç parametreyi birlikte yaz:
a) Tepe akım hedefi (I_peak):
Konektör/pin: ark ve pitting’i sınırlamak için
Köprü diyot / MOSFET / röle kontağı: darbeyi kaldırması için
MCB/sigorta: atmayı önlemek için
b) Süre hedefi (t_pulse):Tepe akımın ne kadar sürdüğü, hasarın asıl belirleyicisidir.
c) I²t hedefi (özellikle sigorta/MCB için):Sigortalar ve bazı şalterler darbeyi “enerji” olarak görür. Bu yüzden “tepe 40A ama 200 µs” ile “tepe 40A ama 20 ms” aynı şey değildir.
Saha kuralı:
“Sigorta atıyor” şikâyeti genelde I²t ile ilgilidir.
“Konektör kararıyor / kıvılcım” şikâyeti genelde I_peak + di/dt ile ilgilidir.
2) Toplam kapasitansı ve başlangıç şartını çıkarın: “Ne kadar depoyu dolduruyorsun?”
Inrush’ ın ana yükü genelde kondansatörleri şarj etmektir. Bu yüzden ilk iş “depoyu saymak”.
Toplam efektif kapasitans:
DC-DC için: Ctotal ≈ Cin+ (bazı durumlarda Cout etkisi)
AC-DC için: Ctotal ≈ Cbulk (ve girişte başka büyük kaplar varsa ekle)
Başlangıç gerilimi (çok kritik):
0 V (tam boş): en klasik senaryo
pre-bias var: çıkış hatta/hatta gerilim var (paralel besleme, OR-ing, yükte enerji)
sıcak restart: NTC’li tasarımlarda ikinci açılış “farklı ürün” gibidir
Kondansatörde depolanan enerji:
EC = 1/2 x C x (Vtarget2−Vstart2)^2
Bu enerji bir yerde ısıya dönüşür (NTC’de, seri dirençte, MOSFET’te, köprüde, kontakta…).
BAŞLANGIÇ ANİ/INRUSH AKIMINI SINIRLAMAK İÇİN YÖNTEMLER
YÖNTEM-1:
En yaygın kullanılan giriş ani akım sınırlama yöntemi: seri negatif sıcaklık katsayılı termistör (NTC).
Seri NTC (negatif sıcaklık katsayısı) termistör akım sınırlama direnci, giriş dalgalanma akımını şimdiye kadar bastırmak için şüphesiz en basit yöntemdir.
NTC termistörünün direnci artan sıcaklıkla azalacağından, anahtarlama güç kaynağı başlatıldığında, NTC termistörü normal sıcaklıktadır ve akımı etkili bir şekilde sınırlayabilen yüksek bir dirence sahiptir; ve güç kaynağı başlatıldıktan sonra, NTC termistörü kendi ısı dağılımı nedeniyle hızla yaklaşık 110°C'ye kadar ısınacak ve direnç değeri, oda sıcaklığındaki değerin yaklaşık on beşte birine önemli ölçüde azalacaktır.
Uygun direnç-sıcaklık özelliklerine sahip NTC termostatlarını seçin, normal çalışma sırasında anahtarlamalı güç kaynağının güç kaybını büyük ölçüde azaltabilir.
Artıları:
Devre basit ve pratiktir ve maliyeti düşüktür.
Eksileri:
NTC termistörünün akım sınırlayıcı etkisi, ortam sıcaklığından büyük ölçüde etkilenir: düşük sıcaklıkta (sıfırın altında) başlatırken direnç çok büyükse ve şarj akımı çok küçükse, anahtarlama güç kaynağı başlamayabilir; yüksek sıcaklıkta başlatılırsa, termistörün direnci çok küçüktür, giriş dalgalanma akımını sınırlama etkisi elde edilemeyebilir.
Akım sınırlama etkisi, yalnızca şebeke kısa bir süre kesintiye uğradığında (birkaç yüz milisaniye düzeyinde) kısmen elde edilebilir. Bu kısa kesinti süresi boyunca elektrolitik kondansatör boşalmıştır ve NTC termistörünün sıcaklığı hala çok yüksektir ve direnç değeri çok küçüktür. Güç kaynağının hemen yeniden başlatılması gerektiğinde, NTC termistörü başlangıç ani akımını etkin bir şekilde sınırlayamaz.
NTC termistörünün güç kaybı, anahtarlamalı güç kaynağının dönüşüm verimliliğini azaltır.
YÖNTEM-2:
Düşük güç anahtarlama modlu güç kaynakları tasarlarken (örneğin, maksimum birkaç watt), ani akımı sınırlamak için doğrudan güç direnci kullanmak uygun maliyetli bir çözüm olabilir. Bu çözüm güç açısından verimli değildir, çünkü başlangıç veya çalışma aşamasında direnç neredeyse sabittir. Bu nedenle, güç kaynağının çalışması boyunca sürekli güç kaybı uygular. Çıkış gücünün ölçeği göz önüne alındığında, bu genel atık önemli değildir.
Artıları:
Devre basittir, maliyeti düşüktür ve ani akımdaki sınırlama, yüksek ve düşük sıcaklıklardan pek etkilenmez.
Eksileri:
Yalnızca düşük/mikro güç anahtarlama modu güç kaynağı için uygundur;
Dönüşüm verimliliği üzerinde büyük etkisi vardır.
YÖNTEM-3:
Birkaç watt'tan daha yüksek güç derecesine sahip güç kaynaklarında başlangıç akımını sınırlamak için bir direnç kullanmak verimli değildir.
Direnç, yalnızca sistem başlatılırken gerekli olmasına rağmen, sistem açık olduğu sürece gücü dağıtacaktır. Bu nedenle, başlatma tamamlandıktan hemen sonra direnci çıkarmak gerekir.
Aşağıdaki şekillerde gösterildiği gibi güç direncine paralel olarak bir röle, bir NTC termistör veya bir MOSFET yerleştirmek gibi bu işlevi gerçekleştirmenin birçok yolu vardır.
NTC termistörü ve ortak güç direnci, ani akımı sınırlamak için paralel olarak bağlanır.
Oda sıcaklığında başlatırken, güç direncinin ve paralel olarak termistörün toplam direnci, ani akımı sınırlamak için yeterince büyüktür.
Düşük bir sıcaklıkta başlatıldığında, NTC termistörünün direnci yeterince büyüktür, bu nedenle paralel direncin ve NTC termistörünün toplam direnci, ani akımı etkili bir şekilde sınırlamak için yeterlidir.
NTC termistörü hızla ısındığında, direnci keskin bir şekilde azalır, bu da güç direncinin NTC termistörü tarafından kapatıldığı gibi davranır.
Artıları:
Basit ve pratik, oda sıcaklığında ve düşük sıcaklıkta iyi çalışır
Eksileri:
Verimlilik üzerinde daha fazla etki.
Yüksek sıcaklık dalgalanma akımı büyüktür.
YÖNTEM-4:
Giriş dalgalanma akımını sınırlamak için tristörle birlikte bir seri sabit değerli direnç kullanılır.
Güç açıldığında Vs kesilir, akım R1'i geçer, R1 akım sınırlayıcı rol oynar, belirli bir duruma gelir, VS açılır ve R1 açılır. Verimlilik kaybı büyük ölçüde azalır.
Artıları:
Düşük güç tüketimi
Kalkış akımının sınırlandırılması, yüksek ve düşük sıcaklıklardan pek etkilenmez.
Eksileri:
Büyük boy ve yüksek maliyet.
YÖNTEM-5:
Kalkış akımını bastırmak için MOSFET anahtar borusunu ve zaman gecikmeli ağ devresini kullanın.
Devre çalışmasının temel prensibi şudur:
DC-DC anahtarlama güç kaynağının giriş terminali kapasitif bir filtre devresi ile bağlı olduğundan, güç açıldığında giriş kondansatörünün o anda şarj edilmesi gerekir, bu nedenle büyük bir ani akım anında oluşur Bus girişinin toprak hattına müdahale eden MOSFET'in (T) boşaltma kaynağı iletken değildir.
İki direnç, bir kapasitör ve bir Zener diyottan oluşan gecikme devresi ile MOSFET'in (T) kapısına enerji verilir.
MOSFET'in (T) boşaltma kaynağı kademeli olarak açılır, böylece güç açıldığında giriş ucunda kapasitif filtre devresi tarafından üretilen ani akım değerini etkin bir şekilde azaltır.
Devre kararlı bir çalışma durumuna girdiğinde, boşaltma kaynağı her zaman açıktır.
YÖNTEM-6:
PTC (pozitif sıcaklık katsayısı) termistörü bazen ani akım sınırlaması için bazı senaryolarda tercih edilen bir çözümdür.
Ortam sıcaklığı yüksek. Bu durumda, bir NTC termistörü, sistem başlatılırken düşük bir dirence sahiptir ve ani akım sınırlamasının etkisini büyük ölçüde azaltır. Buna karşılık, bir PTC termistörü daha yüksek sıcaklıkta daha büyük bir dirence sahiptir, bu nedenle böyle bir durumda bir PTC kullanmak, bir NTC termistörü kullanmaktan daha iyi sonuç verir.
Ortam sıcaklığı çok düşüktür, bu nedenle NTC termistörünün direnci o kadar yüksek olacaktır ki, besleme akımını başlatma için gereken minimum akımdan daha az olacak şekilde olumsuz şekilde sınırlar. Bu durumda, PTC termistörü tercih edilir.
Belirli cihazların sık sık açılıp kapatılması gereken bir sistemde. Bu gibi durumlarda, birden çok ani akım tepe noktası örneği oluşturur. İki durum arasındaki süre çok kısadır ve NTC termistörünün kullanılması sistem için risk oluşturur.
NTC termistörünün soğuması için zamana ihtiyacı vardır ve yeterince soğutulmadığı takdirde direnci çok düşük olacaktır. Yeniden başlatma istendiğinde ve NTC düşük direnç durumundayken, aşırı ani akımla karşılaşılacaktır.
Kısa devre arızası oluştuğu durumlarda sistem akımı büyük oranda artacak ve böylece NTC termistörü hızla ısınacaktır. NTC termistörünün direnci daha düşük olduğunda, kısa devre hasarını hızlandırmak için daha da fazla akıma izin verir.
Yukarıdaki durumlarda, ani akım sınırlaması için bir PTC termistörü kullanılması tercih edilir.
Yukarıda açıklanan avantajlarla, bir PC termistörü, bir NTC termistöründen daha pahalıdır. Ayrıca, PTC tabanlı akım sınırlama devresi, ısındığında PTC'yi besleme döngüsünden çıkarmak için baypas mekanizması gerektirir.
Yukarıdaki şemada gösterildiği gibi, besleme akımı eşiğin altına düştüğünü tespit ettiğinde PTC termistörünü baypas etmek için bir röle kullanılır.
Yüksek maliyetinin dezavantajlarına rağmen, PTC termistörünün aşırı akım tarafından ısıtıldığında direncini arttıran kendini koruma özelliğinden dolayı, DC motorlar ve solenoidler gibi birçok uygulamada PTC hala tercih edilmektedir.
SONUÇ
Inrush’la uğraşmak, “ilk anda biraz fazla akım çekiyor” gibi masum bir cümleyle başlar; sahada ise sigorta atması, konnektör kararması, köprü diyotun yorgun düşmesi, MOSFET’in görünmez SOA sınırını aşması ve paralel sistemlerde hayalet ters akımlar gibi çok daha pahalı cümlelere dönüşür. Bu yüzden inrush’ı bir yan not değil, tasarımın ilk sayfasına yazılması gereken bir başlık olarak ele almak gerekir: inrush bir akım problemi değil, enerji ve zaman problemidir. Kısa sürede taşınan enerji mutlaka bir yerde ısıya, ark’a veya stres’e dönüşür; soru yalnızca “nerede ve ne kadar” olduğudur.
Bu yazıda konuştuğumuz yaklaşımın özü net: önce korumak istediğin bileşeni seçip hedefini koyarsın (konektör mü, köprü diyot mu, sigorta/MCB mi, DC bus droop mu), sonra gerçekten şarj olan toplam kapasitansı ve başlangıç koşullarını çıkarırsın (0 V, pre-bias, sıcak restart). Bu iki adım, çözümün yüzde yetmişidir; çünkü inrush’ın büyüklüğünü çoğu zaman kontrol döngüsü değil, giriş yolunun empedansı ve enerji depoları belirler. Ardından “pasif mi aktif mi?” kararına gelirsin: düşük güçte ve tak-çıkar olmayan sakin sistemlerde NTC/seri direnç çoğu zaman yeterlidir; fakat sert kaynak, hot-plug, büyük Cin/Cbulk, paralel besleme ve pre-bias gibi kırmızı bayraklar varsa pasif yöntemler kumar olur. Bu noktada hot-swap/eFuse ve MOSFET’li kontrollü pre-charge, inrush’ı “rastgele” olmaktan çıkarıp mühendislik parametresine çevirir.
Aktif çözüm seçildiğinde de hikâye bitmez; asıl sınav başlar. Rsense, akım limiti ve gate ramp ayarlarıyla dalga şeklini yönetirken, MOSFET’in lineer bölgede yediği darbeyi SOA üzerinden doğrulamak şarttır. Çünkü akım limitini seçmek, aynı zamanda “MOSFET kaç milisaniye lineer kalacak” sorusunu da seçmektir. Pasifte ise en büyük tuzak sıcak restart’tır: NTC’nin soğukta kahraman, sıcakta figüran olabildiği gerçeği sahada sık sık sigorta attırır. Paralel beslemelerde iş daha da sinsi hale gelir: pre-bias/backfeed yüzünden kapalı modülün ters akım yemesi, hem enerji kaybı hem de beklenmeyen arıza zincirleri doğurur; bu yüzden OR-ing (ideal diyot ya da diyot) ve doğru sıralama/koruma, “nice-to-have” değil çoğu zaman “must-have”tır.
Sonuç olarak iyi inrush tasarımı, tek bir dalga şekli yakalamaktan ibaret değildir; üç senaryoda kanıt ister: soğuk start, sıcak restart ve min/max giriş. Ölçümde de romantizme yer yoktur: doğru prob, doğru bant genişliği, doğru tetik ve gerçek sahayı temsil eden kaynak (bench supply değil, sert DC bus; laboratuvar MCB’si değil, müşterinin panosu) kullanılmadıkça “OK” damgası yanıltıcı olur.
Kısacası inrush’ı iyi yöneten tasarım, sadece açılış anını güzelleştirmez; ürünün güvenilirliğini, servis maliyetini, müşteri deneyimini ve hatta marka algısını iyileştirir. İlk milisaniyeyi ciddiye alan ekip, sonraki yılları daha az yangın söndürerek geçirir.
Inrush bir akım problemi gibi görünür; aslında bir “enerji ve zaman” problemidir.
Kısa sürede çok enerji → bir yerde ısı olur. Tasarımın görevi o enerjiyi kontrollü zamana yaymaktır.
Yorumlar