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如何限制开关电源的浪涌电流
时间:2021-11-27 08:29:50 点击次数:88

开关电源的输入一般有滤波器来减小电源反应到输入的纹波,输入滤波器一般有电容和电感组成π型滤波器,输入别离有AC-DC电源输入电路和DC-DC电源输入电路两种。

由于电容器在瞬态时可以看成是短路的,当开关电源上电时,会发生非常大的冲击电流。冲击电流的幅度要比稳态作业电流大许多,如对冲击电流不加以束缚,不但会烧坏保险丝,焚毁接插件,还会由于一起输入阻抗而搅扰邻近的电器设备。下面谈下两种束缚DC-DC电源冲击电流的方法。

1、长短针法:

 

长短针法冲击电流管制电路如上图所示:在DC-DC电源板刺进时,长针触摸,输入电容C1通过电阻R1充电,当电源板完全刺进时,电阻R1被断针短路。C1代表DC-DC电源的一切电容量。

该方法缺点是刺进的速度不能控制,如刺进速度过快,电容C1还没充满电时,短针就现已触摸,冲击电流的束缚效果就欠好。也可用热敏电阻法来束缚冲击电流,但由于DC-DC电源的输入电压较低,输入电流较大,在热敏电阻上的功耗也较大,一般不必这种方法。

2、有源冲击电流管制法:

运用MOS管控制冲击电流可以战胜无源束缚法的缺点。MOS管有导通阻抗Rds_on低和驱动简单的特色,在周围加上少数元器材就可以做成冲击电流管制电路。MOS管是电压控制器材,其极间电容等效电路如下图所示:

 

带外接电容C2NMOS管极间电容等效电路MOS管的极间电容栅漏电容Cgd、栅源电容Cgs、漏源电容Cds可以由公式确定,公式中MOS管的反应电容Crss,输入电容Ciss和输出电容Coss的数值在MOS管的产品技术手册上可以查到。公式如下:

 

电容充放电快慢抉择MOS管注册和关断的快慢,为保证MOS管情况间转化是线性的和可预知的,外接电容C2并联在Cgd上,如果外接电容C2MOS管内部栅漏电容Cgd大许多,就会减小MOS管内部非线性栅漏电容Cgd在情况间转化时的效果。外接电容C2被用来作为积分器对MOS管的开关特性进行精确控制,控制了漏极电压线性度就能精确控制冲击电流。

 

如上图所示:基于MOS管的自启动有源冲击电流管制法电路。MOSQ1放在DC-DC电源的负电压输入端,在上电瞬间,DC-DC电源的第1脚电平和第4脚相同,然后控制电路按必定的速率将它降到负电压,电压下降的速度由时间常数C2*R2抉择,这个斜率抉择了最大冲击电流。

D1用来束缚MOSQ1的栅源电压,元器材R1C1D2用来确保MOSQ1在刚上电时保持关断情况。上电后,MOS管的栅极电压要慢慢上升,当栅源电压Vgs高到必定程度后,二极管D2导通,这样一切的电荷都给电容C1以时间常数R1×C1充电,栅源电压Vgs以相同的速度上升,直到MOSQ1导通发生冲击电流。其间VthMOSQ1的最小门槛电压,VD2为二极管D2的正向导通压降,Vplt为发生Iinrush冲击电流时的栅源电压。Vplt可以在MOS管厂商所供应的产品资料里找到。

漏极击穿电压Vds有必要挑选Vds比最大输入电压Vmax和最大输入瞬态电压还要高的MOS管,关于通讯系统顶用的MOS管,一般挑选Vds≥100V。稳压管D1是用来维护MOSQ1的栅极以避免其过压击穿,明显MOSQ1的栅源电压Vgs有必要高于稳压管D1的最大反向击穿电压。一般MOS管的栅源电压Vgs20V,引荐12V的稳压二极管。

其间PoutDC-DC电源的最大输出功率,Vmin为最小输入电压,ηDC-DC电源在输入电压为Vmin输出功率为Pout时的效率。η可以在DC-DC电源厂商所供应的数据手册里查到。MOS管的Rds_on有必要很小,它所引起的压降和输入电压比较才可以忽略。

该方法优点为功耗低,常温、低温、高温对浪涌电流的束缚效果都特别好。缺点为体积大、本钱高。

AC-DC电源中输入电压首要通过干扰滤波,通过桥式整流器变成直流,再通过电解电容器进行波形滑润,然后进入直流-直流转换器。输入浪涌电流便是在对这个电解电容器进行初始充电时产生的,冲击电流的大小由许多因素抉择,如输入电压大小、输入电线阻抗、电源内部输入电感及等效阻抗、输入电容等效串联阻抗等。

这些参数依据不同的开关电源体系和布局不同而不同,很难进行预算,最精确的方法是在实践运用中测量冲击电流的大小。但在测量冲击电流时,不能因引进传感器而改变冲击电流的大小。下面谈下三种常用的AC-DC电源避免冲击电流的方法。

 

1、串联电阻法:

关于小功率AC-DC电源,可以用串联电阻法。假如电阻选得大,冲击电流就小,但在电阻上的功耗就大,所以有必要挑选折中的电阻值,使冲击电流和电阻上的功耗都在答应的规划之内。

 

上图所示为串联电阻法冲击电流控制电路(适用于桥式整流和倍压电路,其冲击电流相同),关于110V220V双电压输入电路,应该在R1R2方位放两个电阻,这样在110V输入衔接线衔接时和220V输入衔接线断开时的冲击电流相同大。关于单输入电压电路,应该在R3方位放电阻。

串联在电路上的电阻有必要能接受在开机时的高电压和大电流,大额定电流的电阻在这种运用中比较适宜,常用的为线绕电阻,但在高湿度的环境下,则不要用线绕电阻。因线绕电阻在高湿度环境下,瞬态热应力和绕线的胀大会下降维护层的效果,会因湿气入侵而引起电阻损坏。

该方法利益为电路简略、本钱低、对浪涌电流的的避免方面几乎不受高低温的影响。缺点为只适宜细微功率开关电源,对效率影响很大。

2、热敏电阻法:

在小功率AC-DC电源中,负温度系数热敏电阻(NTC)常用在第一种方法图中的R1R2R3方位。在开关电源第一次发起时,NTC的电阻值很大,可束缚冲击电流,随着NTC的自身发热,其电阻值变小,使其在作业情况时的功耗减小。该方法利益为电路简略有用、本钱低。这种方法的缺点是当第一次发起后,热敏电阻要过一会儿才到达其作业情况电阻值,假如这时的输入电压在电源可以作业的最小值邻近,刚发起时由于热敏电阻阻值还较大,它的压降较大,电源就可能作业在打嗝情况。当电源关掉后,热敏电阻需要一段冷却时刻来将阻值升高到常温态以备下一次发起,冷却时刻依据器材、装置方法、环境温度的不同而不同,一般为1分钟。假如电源关掉后马上打开,热敏电阻还没有变冷,这时对冲击电流失去束缚效果,这就是在运用这种方法控制冲击电流的开关电源不主张在关掉后马上打开的原因。

3、有源冲击电流管制法:

关于大功率AC-DC电源,冲击电流管制器材在正常作业时应该短路,这样可以减小冲击电流管制器材的功耗。如下图所示:挑选R1作为发起电阻,在发起后用可控硅将R1旁路,因在这种冲击电流避免电路中的电阻R1可以选得很大,通常不需要改动110V输入倍压和220V输入时的电阻值。图中所画为双向可控硅,也可以用晶闸管或继电器将其替代。


有源冲击电流管制电路(桥式整流时的冲击电流大),在电路在刚发起时,冲击电流被电阻R1束缚,当输入电容充满电后,有源旁路电路开端作业将电阻R1旁路,这样在稳态作业时的损耗会变得很小。在这种可控硅发起电路中,很容易通过开关电源主变压器上的一个线圈来给可控硅供电,由开关电源的缓发起来供应可控硅的推迟发起,这样在开关电源发起前就可以通过电阻R1将输入电容充满电。

关于各种浪涌电流避免计划各自有各自的优势,需求依据实践要求来挑选,看应用产品对AC-DC电源的要求来挑选适合的会更好。

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