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，會產(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Rsc限制了電容C的充電電流，經(jīng)過一段時間，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動作電壓時，Rsc被短路完成了啟動。同時還可以采用可控硅等電路來短接Rsc。當(dāng)合閘時，由于可控硅截止，通過Rsc對電容C進(jìn)行充電，經(jīng)一段時間后，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（上電時的電壓瞬時值為電源電壓峰值）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，第一個電流峰值將超過100A，為正常工作電流峰值的10倍。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（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間間隔很短時，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格低廉的微機電源或其他低成本電源。而在彩色電視機和顯示器上，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，這種方法的優(yōu)點是簡單，可靠性高，允許在寬環(huán)境溫度范圍內(nèi)工作，其缺點是限流電阻上有損耗，降低了電源效率。事實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)一定延時后用一機械觸點或電子觸點將限流電阻短路，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相對很小的模塊（如400W以下為25mm20mm11mm）中，引出34個引腳，外接電路如圖6（a）所示。整流器上電后最初一段時間，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)計者所希望的。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，其上電電流波形如圖7（b）所示，其思路是將電路設(shè)計成線形恒流電路。實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)的上電過程便可能被熱擊穿，而且從成本上看，IRF840的價格可以接受，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。3.3 測試結(jié)果A模塊在400W開關(guān)電源中應(yīng)用時，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)上電時間間隔不限，上電峰值電流為正常工作時峰值電流的35倍，外形尺寸35mm30mm11mm或者50mm30mm12mm。模塊的鋁基板面貼在散熱器