輸入浪涌電流抑制模塊在AC-DC變換器的應(yīng)用

1、輸入浪涌電流抑制模塊在ac-dc 變換器的應(yīng)用摘要：分析了電容輸入式濾波整流器上電時(shí)對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100a ，為正常工作電流峰值的 10

2、 倍。圖 1 電容輸入式濾波電路圖 2 上電后輸入浪涌電流浪涌電流會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程的浪涌電流沖擊下而非過載熔斷。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；過高的上電浪涌電流對整流器和濾波電容器造成不可恢復(fù)的損壞。因此，必須對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（nt

3、c ），如圖3 所示。利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻在常溫狀態(tài)下具有較高阻值來限制上電浪涌電流，上電后由于ntc 流過電流發(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

4、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。圖 3 利用 ntc 抑制上電浪涌電流圖 4 用電阻抑制上電浪涌電流（a）機(jī)械觸點(diǎn)短接（b）電子觸點(diǎn)短接圖 5 短接電阻的方式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 sc

5、r）與控制電路封裝在一個(gè)相對很小的模塊（如 400w以下為 25mm 20mm 11mm ）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。（a）電路圖（ b）輸入電流波形圖 6 上電浪涌電流抑制模塊3.2 無限流電阻的上電浪涌電流抑制模塊有人提出一種無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

6、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4 220=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

7、電過程便可能被熱擊穿，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。（a）電路圖（b）波形圖圖 7 一種上電浪涌電流抑制電路欲真正實(shí)現(xiàn)無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程中的高功率損耗問題，而且電路簡單。 電路如圖8 （ a）和圖 8（b）所示，上電電流波形如圖8（c）所示。（a）電路圖1 （b）電路圖2 （c）波形圖圖 8 新型上電浪涌電流抑制電流3.3 測試結(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25mm 20mm 11mm 或35mm 25mm 11mm 。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35mm 30mm 11mm 或者50mm 30mm 12mm 。模塊的鋁基板面貼在散熱器上，模塊溫度