精读干货电源外围设计之冲击电流抑制

全文导读

开关电源在应用时,可能需要输入端的主电网提供短时间的大电流脉冲,这种电流脉冲通常被称为“输入冲击电流”。输入冲击电流给主电网中的断路器和熔断器的选择造成了一定麻烦:断路器一方面要保证在过载时熔断,起到保护作用;另一方面又必须在输入冲击电流出现时不能熔断,避免误动作。输入冲击电流也会产生输入电压波形塌陷,使电网的供电质量变差,进而影响用电设备的工作。为确保开关电源的供电稳定和电源本身的安全,电源应用的外围电路设计尤为重要。

01 冲击电流产生的原因

在开关电源中,输入电压首先经过前级滤波,再通过桥式整流器变成直流,然后通过一个很大的电解电容器进行波形平滑,之后才能进入真正的直流/直流转换器。输入浪涌电流就是在对这个电解电容器进行初始充电时产生的,它的大小取决于起动上电时输入电压的幅值以及由桥式整流器和电解电容器所形成回路的总电阻。如果恰好在交流输入电压的峰值点起动时,就会出现峰值输入浪涌电流。

02 限制开机浪涌电流的五大对策

方案1 输入端串联负温度系数热敏电阻(NTC)

*最常用的输入浪涌电流限制方法

串联负温度系数热敏电阻NTC是目前为止最为简单的抑制输入浪涌冲击电流的方法之一。因为NTC会随温度升高而降低。在开关电源起动时,NTC处于常温,有很高的阻值,可以有效地限制电流;而在电源启动后,NTC会由于自身散热原因而迅速升温至约110℃,电阻值则减少到室温时的约十五分之一,从而减少了开关电源正常工作时的功率损耗。

方案2  使用功率电阻限制浪涌冲击电流

*应用微小功率的开关电源

 

方案3 NTC热敏电阻与普通功率电阻并联限制浪涌电流

常温启机时,功率电阻与热敏电阻并联后的阻值来限制浪涌电流,在低温起机时NTC热敏电阻的阻值急剧升高但功率电阻阻值基本是不变的能保证低温启动,不过在高温实验时浪涌电路也很大。

 

方案4 串联固定电阻器配合晶闸管限制输入浪涌电流

上电时,Vs截止,电流经过R1,R1起到限流作用,达到一定条件,Vs导通,将R1断路。使效率损失大大降低。

方案5 利用MOS管和延时网络电路限制输入浪涌电流

电路工作的基本原理是:由于DC/DC开关电源的输入端接有容性滤波电路,当开机加电瞬间由于需要为滤波电容C1、C2充电,所以瞬间产生较大的浪涌电流,此时在母线输入的地线上介入的MOSFET(VT1)的漏原极之间并未导通,随着R2、R3、DZ1及C3组成的延时电路给MOSFET(VT1)的栅极加电,是MOSFET(VT1)的漏源极逐渐导通,从而有效减小了开机瞬间由输入端的容性滤波电路充电而产生的浪涌电流值。当电路进入稳定工作状态下,其漏源极始终处于导通状态。

由于实际的开关电源产品产品设计中对于浪涌电流抑制不尽相同,可通过调节C3的具体参数而获得不同的浪涌电流抑制的结果。

总结

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