돌입전류란?
기기에 전원을 투입했을 때 정격 전류보다 훨씬 큰 전류가 순간적으로 흐를 수 있고, 다시 정상 상태로 돌아가는 과도현상의 하나이며 이를 돌입전류라고 부른다. 직류 회로의 평활 콘덴서, 전동기, 백열전구 등에서 기인한다. 즉 콘덴서 및 필라멘트가 포함된 계통에서 발생한다. 순간적으로 콘덴서의 충전이 이뤄지기 때문에, 정말 충전될 때까지 큰 전류가 흐르는 것이다. 이는 큰 전압 강하를 일으키기도 한다.
돌입전류로 인한 문제
설계를 제대로 하지않은 경우, 돌입 전류는 정상 전류의 100배가 넘기도 하며, 다음과 같은 문제를 초래할 수도 있다.
- 전원 스위치의 융착
- 퓨즈의 용단
- 배선용 차단기의 트립
- 전구의 필라멘트가 끊어지는 현상
- 정류기 및 기타 부품에 발생하는 스트레스
- 전원 전압의 일시적인 저하에 의한 다른 기기에 악영향
돌입전류에 대응하는 부품 선정
이러한 문제를 해결하기 위해 그 돌입 전류에 대응할 수있는 부품을 사용하거나, 필요에 따라 돌입 전류를 제한하기 위한 조치를 하는 것이 필요하다. 부품이 돌입 전류를 견딜 수 있는지 여부를 검토하기 위해서는 돌입 전류를 측정하고 이를 토대로 부품의 사양을 결정한다.
- 스위치 : 전원 스위치는 허용 돌입 전류가 규정되어있는 경우가 많다.또한 전형적인 부하에 대한 경감 비율 기준이 표시된 수 있다.
- 퓨즈 : 용단 특성을 고려한다. 퓨즈의 특성 세 가지 중 단시간 용단 특성이 바로 이것이다. 돌입전류는 매우 짧은 시간 동안 흐르므로, 그 시간 안에 녹지 않는 퓨즈를 사용한다.
- 정류기 등 : 서지 특성을 고려한다.
돌입전류의 제한
디지털 오실로스코프와 전류 프로브로 돌입 전류 측정은 쉽게 측정할 수 있지만, 돌입 전류는 전원의 임피던스에 영향을 받는다. 또한 전원 투입 시의 위상 각도에 따라 크게 변동하는 것에 주의가 필요하다. 그리고 자주 전원을 ON / OFF 되는 기기의 신뢰성을 확보할 수 있는 부품의 검토가 필요하다. 전자 기기의 돌입 전류를 제한하는 기본적인 방법에는 다음과 같은 것이 있다.
저항
적당한 값의 저항을 직렬로 연결함으로써 돌입 전류를 제한한다. 이 저항은 정상 상태에서는 전압 강하를 일으켜 전력을 소비하기 때문에, 효율을 생각하면 높은 저항을 사용할 수 없다. 따라서 이 방법은 정상 전류가 낮은 상황에서 실용적인 방법이다.
파워 서미스터
서미스 터을 직렬로 연결한다. 이것은 전원 투입 시에는 온도가 낮기 때문에 높은 저항을 보여 돌입 전류를 제한하지만, 자기 발열에 의해 온도가 상승하면 저항이 저하되므로, 저항을 이용한 경우보다 손실을 낮출 수 있다. 간편하고 효과적이지만, 전원을 껐다 다시 켜면 경우에는 돌입 전류 제한이 작동하지 않으므로 주의해야 한다. (서미스터가 이미 낮은 저항 상태로 되어있기 때문이다.)
저항 및 사이리스터 등의 스위치
적당한 값의 전력 저항을 직렬로 연결하고, 그것과 병렬로 사이리스터와 트라이 액 등의 전력 스위치를 연결한다. 전원 투입 시에는 이 스위치는 열려 있고, 저항은 돌입 전류를 제한하지만, 이후 스위치가 닫혀 저항이 단락 된다. 돌입 전류 특성을 비교적 자유롭게 설정할 수 있으며, 또한 효율적이지만, 위의 두 방법에 비해 복잡하다.
