突入電流防止回路の設計方法まとめ

突入電流（Inrush Current）は、電源投入直後に一時的に流れる非常に大きな電流で、特に以下のような回路で問題になります：

• X2コンデンサや電解コンデンサを含む入力EMIフィルタ
• スイッチング電源やトランス
• ACラインに直接接続される商用機器

この突入電流が大きいと、以下の問題を引き起こします：

• サージ電流でリレーやスイッチの接点が焼損
• ブレーカーが誤動作して遮断
• ヒューズの誤溶断
• EMIノイズの発生

突入電流の基本的な対策方法は以下になります。

方法	対策の概要	実務での適用例
① NTCサーミスタの直列挿入	通電時に高抵抗で電流を抑制し、加熱で抵抗低下	家電、照明電源、産業機器
② リレー＋抵抗のバイパス回路	起動時は抵抗経由、通常時はリレーで短絡	高出力AC機器、UPS、医療用機器
③ ソフトスタート制御（スイッチング制御）	スイッチング電源のPWMを緩やかに増加	デジタル電源、オフライン電源
④プリチャージ回路（電解用）	高容量電解コンデンサへの電流を一時制限	太陽光PCS、大型UPS、EV充電器など

✅ 実務的な選定フロー（家庭用〜産業用）

1. 電源容量 ≦ 100W程度 →①NTCで十分
2. 電源容量 ≧ 200W以上 → ➁リレー＋抵抗（NTCでは過熱の恐れ）
3. PWM制御電源 → ③ソフトスタートIC内蔵を確認
4. 電解容量 ≧ 470µF程度 → ④プリチャージ必須

①NTCサーミスタの直列挿入

NTCサーミスタは低温時は高抵抗（突入制限）、加熱後は低抵抗（通常動作）として働く。

突入電流の計算

• 電圧：AC100V、容量：X2 0.47µF
• 起動時インピーダンス：NTC 22Ω使用

\(\ I_{inrush}=\frac{\sqrt{2}⋅100}{22}≈6.4 A\)

→ 数十Aの突入電流を6A程度に制限可能

NTCの耐量の計算

また、NTCの耐量を計算すると以下になる。

突入時のエネルギー E=\(\frac{1}{2}C\ V^2\)

➡ NTCのエネルギー耐量（J）で選定が必要になります。

➁バイパスリレー+抵抗

バイパスリレー+抵抗は高信頼な突入電流防止対策となる。

• 通電直後：電源は抵抗経由で突入抑制
• 数百ms後：リレーONで抵抗をバイパス（短絡）

項目	内容
高容量電源にも適応可	数十Aまで対応可能
通常運転で電力損失ゼロ	リレーでバイパスするため
動作制御が必要	マイコンやタイマー回路が必要

③ソフトスタート制御（スイッチング電源）

🔷 特徴：

• 主にPWM制御ICを用いたDC-DCやAC-DCコンバータで実装
• 電流リミットやPWM制御でゆっくり起動させる
• 通常は**IC内部のソフトスタート機能（SSピン）**で実装される

④プリチャージ回路（電解コンデンサ）

• **大容量電解コンデンサ（数百µF〜数mF）**を使う電源では、
  抵抗＋リレーによるプリチャージが必要です。
• EVや高圧電源、太陽光インバータで採用

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✅ まとめ：突入電流対策 比較表

方法	電力範囲	特徴	実務での使用例
NTCサーミスタ	～150W	安価・簡単	家電、小型ACアダプタ
リレー＋抵抗	～3kW以上	高信頼、制御回路必要	UPS、産業装置
ソフトスタートIC	～500W	デジタル電源向け	LED電源、通信機器
プリチャージ	数kW超	重負荷向け	EV、PCS