浪涌電流抑制電路

浪涌電流限制電路圖開關(guān)電源在加電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較高的浪涌電流，因此必須在電源的輸入端安裝防止浪涌電流的軟啟動(dòng)裝置，才能有效地將浪涌電流減小到允許的范圍內(nèi)。浪涌電流主要是由濾波電容充電引起，在開關(guān)管開始導(dǎo)通的瞬間，電容對(duì)交流呈現(xiàn)出較低的阻抗。如果不采取任何保護(hù)措施，浪涌電流可接近數(shù)百A。開關(guān)電源的輸入一般采用電容整流濾波電路如圖2所示，濾波電容C可選用低頻或高頻電容器，若用低頻電容器則需并聯(lián)同容量高頻電容器來(lái)承擔(dān)充放電電流。圖中在整流和濾波之間串入的限流電阻Rsc是為了防止浪涌電流的沖擊。合閘時(shí)Rsc限制了電容C的充電電流，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，C上的電壓達(dá)到預(yù)置值或電容C1上電壓達(dá)到繼電器T動(dòng)作電壓時(shí)，Rsc被短路完成了啟動(dòng)。同時(shí)還可以采用可控硅等電路來(lái)短接Rsc。當(dāng)合閘時(shí)，由于可控硅截止，通過(guò)Rsc對(duì)電容C進(jìn)行充電，經(jīng)一段時(shí)間后，觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，從而短接了限流電阻Rsc。開關(guān)電源中浪涌電流抑制模塊的應(yīng)用導(dǎo)讀分析了電容輸入式濾波整流器上電時(shí)對(duì)電源的浪涌電流沖擊及危害，介紹了常規(guī)解決辦法及存在的問題，提出一種實(shí)用解決方案。1 上電浪涌電流目前，考慮到體積，成本等因素，大多數(shù)AC/DC變換器輸入整流濾波采用電容輸入式濾波方式，電路原理如圖1所示。由于電容器上電壓不能躍變，在整流器上電之初，濾波電容電壓幾乎為零，等效為整流輸出端短路。如在最不利的情況（上電時(shí)的電壓瞬時(shí)值為電源電壓峰值）上電，則會(huì)產(chǎn)生遠(yuǎn)高于整流器正常工作電流的輸入浪涌電流，如圖2所示。當(dāng)濾波電容為470F并且電源內(nèi)阻較小時(shí)，第一個(gè)電流峰值將超過(guò)100A，為正常工作電流峰值的10倍。浪涌電流會(huì)造成電源電壓波形塌陷，使得供電質(zhì)量變差，甚至?xí)绊懫渌秒娫O(shè)備的工作以及使保護(hù)電路動(dòng)作；由于浪涌電流沖擊整流器的輸入熔斷器，使其在若干次上電過(guò)程的浪涌電流沖擊下而非過(guò)載熔斷。為避免這類現(xiàn)象發(fā)生，而不得不選用更高額定電流的熔斷器，但將出現(xiàn)過(guò)載時(shí)熔斷器不能熔斷，起不到保護(hù)整流器及用電電路的作用；過(guò)高的上電浪涌電流對(duì)整流器和濾波電容器造成不可恢復(fù)的損壞。因此，必須對(duì)帶有電容濾波的整流器輸入浪涌電流加以限制。2 上電浪涌電流的限制限制上電浪涌電流最有效的方法是，在整流器與濾波電容器之間，或在整流器的輸入側(cè)加一負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC），如圖3所示。利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻在常溫狀態(tài)下具有較高阻值來(lái)限制上電浪涌電流，上電后由于NTC流過(guò)電流發(fā)熱使其電阻值降低以減小NTC上的損耗。這種方法雖然簡(jiǎn)單，但存在的問題是限制上電浪涌電流性能受環(huán)境溫度和NTC的初始溫度影響，在環(huán)境溫度較高或在上電時(shí)間間隔很短時(shí)，NTC起不到限制上電浪涌電流的作用，因此，這種限制上電浪涌電流方式僅用于價(jià)格低廉的微機(jī)電源或其他低成本電源。而在彩色電視機(jī)和顯示器上，限制上電浪涌電流則采用串一限流電阻，電路如圖4所示。最常見的應(yīng)用是彩色電視機(jī)，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，可靠性高，允許在寬環(huán)境溫度范圍內(nèi)工作，其缺點(diǎn)是限流電阻上有損耗，降低了電源效率。事實(shí)上整流器上電處于穩(wěn)態(tài)工作后，這一限流電阻的限流作用已完成，僅起到消耗功率、發(fā)熱的負(fù)作用，因此，在功率較大的開關(guān)電源中，采用上電后經(jīng)一定延時(shí)后用一機(jī)械觸點(diǎn)或電子觸點(diǎn)將限流電阻短路，如圖5所示。這種限制上電浪涌電流方式性能好，但電路復(fù)雜，占用體積較大。為使應(yīng)用這種抑制上電浪涌電流方式，象僅僅串限流電阻一樣方便，本文推出開關(guān)電源上電浪涌電流抑制模塊。3 上電浪涌抑制模塊3.1 帶有限流電阻的上電浪涌電流抑制模塊將功率電子開關(guān)（可以是MOSFET或SCR）與控制電路封裝在一個(gè)相對(duì)很小的模塊（如400W以下為25mm20mm11mm）中，引出34個(gè)引腳，外接電路如圖6（a）所示。整流器上電后最初一段時(shí)間，外接限流電阻抑制上電浪涌電流，上電浪涌電流結(jié)束后，模塊導(dǎo)通將限流電阻短路，這樣的上電過(guò)程的輸入電流波形如圖6（b）所示。很顯然上電浪涌電流峰值被有效抑制，這種上電浪涌電流抑制模塊需外接一限流電阻，用起來(lái)很不方便，如何將外接電阻省掉將是電源設(shè)計(jì)者所希望的。3.2 無(wú)限流電阻的上電浪涌電流抑制模塊有人提出一種無(wú)限流電阻的上電浪涌電流抑制電路如圖7（a）所示，其上電電流波形如圖7（b）所示，其思路是將電路設(shè)計(jì)成線形恒流電路。實(shí)際電路會(huì)由于兩極放大的高增益而出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象，但不影響電路工作。從原理上講，這種電路是可行的，但在使用時(shí)則有如下問題難以解決：如220V輸入的400W開關(guān)電源的上電電流至少需要達(dá)到4A，如上電時(shí)剛好是電網(wǎng)電壓峰值，則電路將承受4220=1248W的功率。不僅遠(yuǎn)超出IRF840的125W額定耗散功率，也遠(yuǎn)超出IRFP450及IRFP460的150W額定耗散功率，即使是APT的線性MOSFET也只有450W的額定耗散功率。因此，如采用IRF840或IRFP450的結(jié)果是，MOSFET僅能承受有限次數(shù)的上電過(guò)程便可能被熱擊穿，而且從成本上看，IRF840的價(jià)格可以接受，而IRFP450及IRFP460則難以接受，APT的線性MOSFET更不可能接受。欲真正實(shí)現(xiàn)無(wú)限流電阻的上電浪涌電流抑制模塊，需解決功率器件在上電過(guò)程的功率損耗問題。作者推出的另一種上電浪涌電流抑制模塊的基本思想是，使功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，從而解決了功率器件上電過(guò)程中的高功率損耗問題，而且電路簡(jiǎn)單。電路如圖8（a）和圖8（b）所示，上電電流波形如圖8（c）所示。3.3 測(cè)試結(jié)果A模塊在400W開關(guān)電源中應(yīng)用時(shí)，外殼溫升不大于40，允許間隔20ms的頻繁重復(fù)上電，最大峰值電流不大于20A，外形尺寸25mm20mm11mm或35mm25mm11mm。B模塊和C模塊用于800W的額定溫升不大于40，重復(fù)上電時(shí)間間隔不限，上電峰值電流為正常工作時(shí)峰值電流的35倍，外形尺寸35mm30mm11mm或者50mm30mm12mm。模塊的鋁基板面貼在散熱器