降低AC/DC电源冲击电流的有效方法

只看该作者 · 2014-5-27 15:15

    开关电源的输入一般有滤波器来减小电源反馈到输入的纹波，输入滤波器一般有电容和电感组成π形滤波器。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，会产生非常大的冲击电流，冲击电流的幅度要比稳态工作电流大很多，如对冲击电流不加以限制，不但会烧坏保险丝，烧毁接插件，还会由于共同输入阻抗而干扰附近的电器设备。

一般AC/DC开关电源的冲击电流限制方法如下：

一、串连电阻法
　　对于小功率开关电源，可以用像图1的串连电阻法。如果电阻选得大，冲击电流就小，但在电阻上的功耗就大，所以必须选择折中的电阻值，使冲击电流和电阻上的功耗都在允许的范围之内。

图1. 串连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）

　　串连在电路上的电阻必须能承受在开机时的高电压和大电流，大额定电流的电阻在这种应用中比较适合，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膨胀会降低保护层的作用，会因湿气入侵而引起电阻损坏。
　　图1所示为冲击电流限制电阻的通常位置，对于110V、220V双电压输入电路，应该在R1和R2位置放两个电阻，这样在110V输入连接线连接时和220V输入连接线断开时的冲击电流一样大。对于单输入电压电路，应该在R3位置放电阻。

二、热敏电阻法
　　在小功率开关电源中，负温度系数热敏电阻（NTC）常用在图1中R1，R2，R3位置。在开关电源第一次启动时，NTC的电阻值很大，可限制冲击电流，随着NTC的自身发热，其电阻值变小，使其在工作状态时的功耗减小。
　　用热敏电阻法也由缺点，当第一次启动后，热敏电阻要过一会儿才到达其工作状态电阻值，如果这时的输入电压在电源可以工作的最小值附近，刚启动时由于热敏电阻阻值还较大，它的压降较大，电源就可能工作在打嗝状态。另外，当开关电源关掉后，热敏电阻需要一段冷却时间来将阻值升高到常温态以备下一次启动，冷却时间根据器件、安装方式、环境温度的不同而不同，一般为1分钟。如果开关电源关掉后马上开启，热敏电阻还没有变冷，这时对冲击电流失去限制作用，这就是在使用这种方法控制冲击电流的电源不允许在关掉后马上开启的原因。

三、有源冲击电流限制法
对于大功率开关电源，冲击电流限制器件在正常工作时应该短路，这样可以减小冲击电流限制器件的功耗。

图2. 有源冲击电流限制电路（桥式整流时的冲击电流大）

　在图2中，选择R1作为启动电阻，在启动后用可控硅将R1旁路，因在这种冲击电流限制电路中的电阻R1可以选得很大，通常不需要改变110V输入倍压和220V输入时的电阻值。在图2中所画为双向可控硅，也可以用晶闸管或继电器将其替代。
　　图2所示电路在刚启动时，冲击电流被电阻R1限制，当输入电容充满电后，有源旁路电路开始工作将电阻R1旁路，这样在稳态工作时的损耗会变得很小。
　　在这种可控硅启动电路中，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。由开关电源的缓启动来提供可控硅的延迟启动，这样在电源启动前就可以通过电阻R1将输入电容充满电。

改善冲击电流的方法有以上几种，到底选择哪种方案，客户可以根据自己的具体情况来决定，如：AC/DC电源的前端接UPS，那么一般而言，UPS的过流保护的延迟时间远远大于冲击电流的持续时间，所以即使冲击电流大一些，也不会出现启动不良的问题。其他类似的情况，客户可以自己根据自己的实际应用的环境来权衡到底使用哪种方案，既能保证达到自己想要的效果，又做到不“过度”。

只看该作者 · 2014-5-27 15:43

我也发一个”DC/DC开关电源的冲击电流限制方法“:lol:lol

长短针法

图1所示电路为长短针法冲击电流限制电路，在DC/DC电源板插入时，长针接触，输入电容C1通过电阻R1充电，当电源板完全插入时，电阻R1被断针短路。C1代表DC/DC电源的所有电容量。

图1. 长短针法冲击电流限制电路

这种方法的缺陷是插入的速度不能控制，如插入速度过快，电容C1还没充满电时，短针就已经接触，冲击电流的限制效果就不好。

也可用热敏电阻法来限制冲击电流，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，一般不用此方法。

有源冲击电流限制法

利用MOS管限制冲击电流

利用MOS管控制冲击电流可以克服无源限制法的缺陷。MOS管有导通阻抗Rds_on低和驱动简单的特点，在周围加上少量元器件就可以做成冲击电流限制电路。

MOS管是电压控制器件，其极间电容等效电路如图8所示。

图2. 带外接电容C2的N型MOS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可以由以下公式确定：

公式中MOS管的反馈电容Crss,输入电容Ciss和输出电容Coss的数值在MOS管的手册上可以查到。

电容充放电快慢决定MOS管开通和关断的快慢，为确保MOS管状态间转换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C2比MOS管内部栅漏电容Cgd大很多，就会减小MOS管内部非线性栅漏电容Cgd在状态间转换时的作用。

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。

电路描述：

图3所示为基于MOS管的自启动有源冲击电流限制法电路。MOS管 Q1放在DC/DC电源模块的负电压输入端，在上电瞬间，DC/DC电源模块的第1脚电平和第4脚一样，然后控制电路按一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决定，这个斜率决定了最大冲击电流。

图3. 有源冲击电流限制法电路

D1用来限制MOS管 Q1的栅源电压。元器件R1，C1和D2用来保证MOS管Q1在刚上电时保持关断状态。

上电后，MOS管的栅极电压要慢慢上升，当栅源电压Vgs高到一定程度后，二极管D2导通，这样所有的电荷都给电容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MOS管Q1导通产生冲击电流。

其中Vth为MOS管Q1的最小门槛电压，VD2为二极管D2的正向导通压降，Vplt为产生Iinrush冲击电流时的栅源电压。Vplt可以在MOS管供应商所提供的产品资料里找到。

MOS管选择

以下参数对于有源冲击电流限制电路的MOS管选择非常重要：

漏极击穿电压 Vds

必须选择Vds比最大输入电压Vmax和最大输入瞬态电压还要高的MOS管，对于通讯系统中用的MOS管，一般选择Vds≥100V。

栅源电压Vgs

稳压管D1是用来保护MOS管Q1的栅极以防止其过压击穿，显然MOS管Q1的栅源电压Vgs必须高于稳压管D1的最大反向击穿电压。一般MOS管的栅源电压Vgs为20V，推荐12V的稳压二极管。

其中Pout为DC/DC电源的最大输出功率，Vmin为最小输入电压，η为DC/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电源供应商所提供的数据手册里查到。MOS管的Rds_on必须很小，它所引起的压降和输入电压相比才可以忽略。

图10. 有源冲击电流限制电路在75V输入

只看该作者 · 2014-5-31 19:32

降低冲击电流的方法基本原则都是一致的，就是电阻限流。

只看该作者 · 2014-5-31 19:35

拉风1999 发表于 2014-5-31 19:32
降低冲击电流的方法基本原则都是一致的，就是电阻限流。

是的，限流的方法基本就是这样的，主要是根据客户端的应用来选择多大的电阻来实现自己的要求。

只看该作者 · 2014-5-31 19:38

我想问下，如果按照R=U/I的公式来计算的电阻值，是不是比较准确呢。也就是按照自己想要限制的电流值I，来计算R值。

只看该作者 · 2014-5-31 19:40

AC/DC第三种方案降低冲击电流，用继电器的安全性高不高呢？

只看该作者 · 2014-5-31 19:44

abtl168 发表于 2014-5-27 15:43
我也发一个”DC/DC开关电源的冲击电流限制方法“长短针法图1所示电路为长短针法冲击电流限制电路， ...

大家一起学习下，实际这个问题很多的行业还是要求比较苛刻的。

只看该作者 · 2014-5-31 19:46

电源小小达人发表于 2014-5-31 19:38
我想问下，如果按照R=U/I的公式来计算的电阻值，是不是比较准确呢。也就是按照自己想要限制的电流值I，来计 ...

可以说，按照理论来说电阻的计算公式是没错的，但是考虑实际的产品，还是会有一些偏差的，具体会如何还是要看具体的情况，但是也不会偏差太大。

只看该作者 · 2014-5-31 19:49

电源人diana 发表于 2014-5-31 19:40
AC/DC第三种方案降低冲击电流，用继电器的安全性高不高呢？

实际应用中主要要注意继电器的电流值，降额要满足要求。另外继电器本身需要外供电，所以就必须外加一个电源给它，可以在输入端加一个小功率的AC/DC电源，也可以在输出加一个DC/DC模块。

只看该作者 · 2014-5-31 19:51

拉风1999 发表于 2014-5-31 19:32
降低冲击电流的方法基本原则都是一致的，就是电阻限流。

一般是这种情况，需要在电阻功耗和电流限制值之间找一个平衡点。

只看该作者 · 2014-5-31 19:56

实际有一点版主说的很对，就是电源的启机电流大，但是也不一定会引起启动不良的问题，也就是说我们前端的设备特性很重要。实际的情况可能还需要自己做了实验才知道。

1万 · 2014-6-2 07:49

好贴。学习了。

1万 · 2014-6-23 23:43

进来学习的

1万 · 2014-6-23 23:43

谢谢楼主分享

2万 · 2014-7-3 17:40

好帖

2万 · 2014-7-4 00:19

谢谢分享

2万 · 2014-7-4 15:16

资料很好的

降低AC/DC电源冲击电流的有效方法

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