开关电源中的浪涌电流抑制设计

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开关电源中的浪涌电流抑制设计

在大型电器设备中，浪涌电流是必定存在的。这是因为在接通或断开的瞬间，电网中的电杆会产生浪涌电压，从而引发浪涌电流。如果浪涌电流过大，就会损毁设备导致无法工作，所以在进行电路设计时应该充分考虑到如何最大程度的降低浪涌电流，本文就将介绍开关电源中浪涌电流抑制模块的应用。

上电浪涌电流

考虑到体积、成本等因素，大多数AC/DC变换器输入整流滤波采用电容输入式滤波方式，电路原理如图1所示。

 

图1电容输入式滤波电容

 

图2上电输入浪涌电流

由于电容器上电压不能跃变，在整流器上电之初，滤波电容电压几乎为零，等效为整流输出端短路。如在最不利的情况（上电时的电压瞬时值为电源电压峰值）上电，则会产生远高于整流器正常工作电流的输入浪涌电流，如图2所示。

当滤波电容为470μF并且电源内阻较小时，第一个电流峰值将超过100A，为正常工作电流峰值的10倍。

浪涌电流会造成电源电压波形塌陷，使得供电质量变差，甚至会影响其他用电设备的工作以及使保护电路动作。由于浪涌电流冲击整流器的输入熔断器，使其在若次上电过程的浪涌电流冲击下而非过载熔断。为避免这类现象发生，而不得不选用更高额定电流的熔断器，但将出现过载时熔断器不能熔断，起不到保护整流器及用电电路的作用。过高的上电浪涌电流对整流器和滤波电容器造成不可恢复的损坏。因此，必须对带有电容滤波的整流器输入浪涌电流加以限制。

 上电浪涌电流的限制

 

图3利用NTC抑制上电浪涌电流

限制上电浪涌电流最有效的方法是，在整流器与滤波电容器之间，或在整流器的输入侧加一负温度系数热敏电阻（NTC），如图3所示。

 

图4用电阻抑制上电浪涌电流

利用负温度系数热敏电阻在常温状态下具有较高阻值来限制上电浪涌电流，上电后由于NTC流过电流发热使其电阻值降低以减小NTC上的损耗。这种方法虽然简单，但存在的问题是，限制上电浪涌电流性能受环境温度和NTC的初始温度影响，在环境温度较高或在上电时间间隔很短时，NTC起不到限制上电浪涌电流的作用，因此，这种限制上电浪涌电流方式仅用于价格低廉的微机电源或其他低成本电源。而在彩色电视机和显示器上，限制上电浪涌电流则采用串一限流电阻，电路如图4所示。

 

（a） 机械触点短接

 

（b）    电子触电短接

图5短接电阻的方式

最常见的应用是彩色电视机，这种方法的优点是简单，可靠性高，允许在宽环境温度范围内工作，其缺点是限流电阻上有损耗，降低了电源效率。事实上整流器上电处于稳态工作后，这一限流电阻的限流作用已完成，仅起到消耗功率、发热的负作用，因此在功率较大的开关电源中，采用上电后经一定延时后用一机械触点或电子触点将限流电阻短路，如图5所示。

可以看到，这种对上电浪涌电流抑制的方法最为有效，但也存在一定的缺点，那就是占用体积较为巨大。而本文所介绍的浪涌电流抑制模块，能够最大程度的进行集成，减小体积，让操作就像串联限流电阻一样方便。

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