精讀干貨 | 電源外圍設計之沖擊電流抑制
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2021-10-01
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開關電源在應用時，可能需要輸入端的主電網提供短時間的大電流脈沖，這種電流脈沖通常被稱為“輸入沖擊電流”。輸入沖擊電流給主電網中的斷路器和其它熔斷器的選擇造成了一定麻煩：斷路器一方面要保證在過載時熔斷，起到保護作用；另一方面又必須在輸入沖擊電流出現時不能熔斷，避免誤動作。輸入沖擊電流也會產生輸入電壓波形塌陷，使電網的供電質量變差，進而影響其它用電設備的工作。為確保開關電源的供電穩定和電源本身的安全，電源應用的外圍電路設計尤為重要。
一、沖擊電流產生的原因
在開關電源中，輸入電壓首先經過前級濾波，再通過橋式整流器變成直流，然后通過一個很大的電解電容器進行波形平滑，之后才能進入真正的直流/直流轉換器。輸入浪涌電流就是在對這個電解電容器進行初始充電時產生的，它的大小取決于起動上電時輸入電壓的幅值以及由橋式整流器和電解電容器所形成回路的總電阻。如果恰好在交流輸入電壓的峰值點起動時，就會出現峰值輸入浪涌電流。
二、限制開機浪涌電流的五大對策
方案一：輸入端串聯負溫度系數熱敏電阻（NTC）——最常用的輸入浪涌電流限制方法
串聯負溫度系數熱敏電阻NTC是目前為止最為簡單的抑制輸入浪涌沖擊電流的方法之一。因為NTC會隨溫度升高而降低。在開關電源起動時，NTC處于常溫，有很高的阻值，可以有效地限制電流；而在電源啟動后，NTC會由于自身散熱原因而迅速升溫至約110℃，電阻值則減少到室溫時的約十五分之一，從而減少了開關電源正常工作時的功率損耗。
方案二：在應用微小功率的開關電源時，直接使用功率電阻限制浪涌沖擊電流
方案三：NTC熱敏電阻與普通功率電阻并聯的方式來限制浪涌電流
常溫啟機時，功率電阻與熱敏電阻并聯后的阻值來限制浪涌電流，在低溫起機時NTC熱敏電阻的阻值急劇升高但功率電阻阻值基本是不變的能保證低溫啟動，不過在高溫實驗時浪涌電路也很大。
方案四：串聯固定電阻器配合晶閘管，來限制輸入浪涌電流
上電時，Vs截止，電流經過R1，R1起到限流作用，達到一定條件，Vs導通，將R1斷路，使效率損失大大降低。
方案五：利用MOS管和延時網絡電路對浪涌電流進行抑制
電路工作的基本原理是：由于DC-DC開關電源的輸入端接有容性濾波電路，當開機加電瞬間由于需要為濾波電容C1、C2充電，所以瞬間產生較大的浪涌電流，此時在母線輸入的地線上介入的MOSFET（VT1）的漏原極之間并未導通，隨著R2、R3、DZ1及C3組成的延時電路給MOSFET（VT1）的柵極加電，是MOSFET（VT1）的漏源極逐漸導通，從而有效減小了開機瞬間由輸入端的容性濾波電路充電而產生的浪涌電流值。當電路進入穩定工作狀態下，其漏源極始終處于導通狀態。
由于實際的開關電源產品產品設計中對于浪涌電流抑制不盡相同，可通過調節C3的具體參數而獲得不同的浪涌電流抑制的結果。
三、小結
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