6種抑制開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)浪涌電流的方法

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一、SMPS的啟動(dòng)浪涌電流

開(kāi)關(guān)電流的浪涌電流是指電源開(kāi)啟瞬間流入供電設(shè)備的峰值電流，如下所示，由于充電器的輸入濾波電容快速充電，峰值電流遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)輸入電流。

電源應(yīng)限制交流開(kāi)關(guān)、整流橋、保險(xiǎn)絲和EMI濾波器裝置可承受的浪涌水平，反復(fù)切換回路，交流輸入電壓不應(yīng)損壞電源或者導(dǎo)致保險(xiǎn)絲熔斷。

除此之外，浪涌電流也指因電路異常而導(dǎo)致結(jié)溫超過(guò)額定結(jié)溫的非重復(fù)性最大正向過(guò)載電流。

帶浪涌電流限制和不帶浪涌電流限制的 SMPS 啟動(dòng)電流

下面為開(kāi)關(guān)電源中的啟動(dòng)浪涌電流。

如下圖，輸入電壓首先經(jīng)過(guò)干擾濾除，然后通過(guò)橋式整流轉(zhuǎn)換為直流電，接著大電解電容對(duì)波形進(jìn)行平滑，最后才計(jì)入真正的DC-DC轉(zhuǎn)換器。

輸入浪涌電流是在電解電容初次充電時(shí)產(chǎn)生的，其大小取決于加電開(kāi)始時(shí)輸入電壓的幅值以及橋式整流器和電解電容形成的回路的總電阻，如果恰好在交流輸入電壓的峰之點(diǎn)啟動(dòng)，就會(huì)出現(xiàn)峰值輸入浪涌電流。

開(kāi)關(guān)電源中的啟動(dòng)浪涌電流

二、如何限制開(kāi)關(guān)電源中的浪涌電流

1、串聯(lián)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）

串聯(lián)NTC（負(fù)溫度系數(shù)）熱敏電阻限流電阻是抑制浪涌電流最簡(jiǎn)單的方法。

由于NTC熱敏電阻的阻值會(huì)隨著溫度的升高而減小，所以當(dāng)開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)，NTC熱敏電阻處于常溫狀態(tài)，阻值較高，可以有效地限制電流，電源啟動(dòng)后，NTC熱敏電阻由于自身散熱作用，會(huì)迅速升溫至10℃左右，阻值明顯降低至室溫時(shí)的十五分之一左右。

選擇阻溫特性合適的NTC溫控器可以大大降低開(kāi)關(guān)電源正常工作時(shí)的功率損耗。

串聯(lián)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC

優(yōu)點(diǎn)：

簡(jiǎn)單實(shí)用，成本低

缺點(diǎn)：

NTC熱敏電阻的限流效果受環(huán)境溫度影響較大；低溫啟動(dòng)時(shí)，如果阻值太大，充電電流太小，開(kāi)關(guān)電源可能無(wú)法啟動(dòng)。如果在高溫下啟動(dòng)，熱敏電阻的阻值太小，可能達(dá)不到限制輸入浪涌電流的效果。

當(dāng)電短暫中斷時(shí)，只能實(shí)現(xiàn)部分限流效果。在這短暫的終端期間，電解電容已經(jīng)放電完畢，NTC熱敏電阻的溫度仍然很高，阻值很小。當(dāng)電源需要立即重新啟動(dòng)時(shí)，NTC熱敏電阻無(wú)法有效限制啟動(dòng)浪涌電流。

NTC熱敏電阻的功率損耗降低了開(kāi)關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率。

2、使用功率電阻來(lái)限制浪涌電流

當(dāng)設(shè)計(jì)小功率開(kāi)關(guān)電源時(shí)，可以直接使用功率電阻來(lái)限制浪涌電流。

但是這個(gè)方法不節(jié)能，因此無(wú)論是在啟動(dòng)期間還是在工作階段，電阻幾乎恒定，因此在電源的整個(gè)運(yùn)許過(guò)程中施加恒定的功率。

使用功率電阻來(lái)限制浪涌電流

優(yōu)點(diǎn)：

電路簡(jiǎn)單，成本低，對(duì)浪涌電流的限制幾乎不受高低溫的影響。

缺點(diǎn)：

僅適用于低/微功率開(kāi)關(guān)電源；

對(duì)轉(zhuǎn)換效率影響很大。

3、啟動(dòng)時(shí)使用電阻，啟動(dòng)完立馬去掉電阻

在額定功率高于幾瓦的電源中使用電阻限制啟動(dòng)電流效率不高，只要系統(tǒng)通電，電阻就會(huì)消耗功率，即僅在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)才需要電阻。因此啟動(dòng)完成厚必須立馬去掉電阻。

實(shí)現(xiàn)此功能的方法有很多，例如在功率電阻上并聯(lián)一個(gè)繼電器、一個(gè)NTC熱敏電阻或者一個(gè)MOS管，如下所示。

NTC熱敏電阻和普通功率電阻并聯(lián)以限制浪涌電流。

NTC 熱敏電阻旁路電阻限制開(kāi)關(guān)模式電源中的啟動(dòng)浪涌電流

繼電器旁路電阻器限制開(kāi)關(guān)模式電源中的啟動(dòng)浪涌電流

在室溫下啟動(dòng)時(shí)，功率電阻和熱敏電阻并聯(lián)的總阻值足夠大，足以限制浪涌電流。

低溫啟動(dòng)時(shí)，NTC熱敏電阻的阻值足夠大，因此并聯(lián)電阻和NTC熱敏電阻的總阻值足以有效限制浪涌電流。

隨著NTC熱敏電阻迅速升溫，其阻值急劇下降，起到功率電阻被NTC熱敏電阻分流的作用。

優(yōu)點(diǎn)：

簡(jiǎn)單實(shí)用，常溫低溫均可使用

缺點(diǎn)：

對(duì)效率的影響更大。

高溫浪涌電流大。

4、與晶閘管一起使用串聯(lián)定值電阻來(lái)限制輸入浪涌電流

接通電源時(shí)，Vs截止，電流通過(guò)R1，R1起限流作用，達(dá)到一定條件，VS導(dǎo)通，R1開(kāi)路。效率損失大大降低。

晶閘管旁路電阻器限制開(kāi)關(guān)模式電源中的啟動(dòng)浪涌電流

優(yōu)點(diǎn)：

低功耗

浪涌電流的限制幾乎不受高溫和低溫的影響。

缺點(diǎn)：

體積大、成本高。

5、采用MOSFET開(kāi)關(guān)管和延時(shí)網(wǎng)絡(luò)電路抑制浪涌電流

電路工作的基本原理是：由于DC-DC開(kāi)關(guān)電源的輸入端接有電容濾波電路，當(dāng)電源接通時(shí)，瞬間需要對(duì)輸入電容進(jìn)行充電，因此需要很大的電容濾波電路。瞬間出現(xiàn)浪涌電流插入總線輸入接地線上的 MOSFET (T) 的漏源極不導(dǎo)通。

通過(guò)兩個(gè)電阻、一個(gè)電容和一個(gè)齊納二極管組成的延遲電路，MOSFET(T)的柵極被上電。

MOSFET(T)的漏源逐漸導(dǎo)通，從而有效降低了電源接通時(shí)輸入端電容濾波電路產(chǎn)生的浪涌電流值。

當(dāng)電路進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，其漏源極始終導(dǎo)通。

由于實(shí)際的開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有不同的浪涌電流抑制效果，通過(guò)調(diào)整濾波電容的具體參數(shù)，可以獲得不同的浪涌電流抑制效果。

MOSFET 返回限制開(kāi)關(guān)模式電源中的啟動(dòng)浪涌電流

6、PTC（正溫度系數(shù)）熱敏電阻

在某些情況下，PTC（正溫度系數(shù)）熱敏電阻有時(shí)是限制浪涌電流的最佳解決方案。

環(huán)境溫度高，在這種情況下，NTC熱敏電阻在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)電阻較低，大大降低了浪涌電流限制的效果。相反，PTC熱敏電阻在較高溫度下具有較大電阻，因此在這種情況下使用PTC比使用NTC熱敏電阻具有更好的結(jié)果。

環(huán)境溫度很低，因此NTC熱敏電阻的電阻會(huì)很高，從而不利地限制電源電流小于啟動(dòng)所需的最小電流。在這種情況下，PTC熱敏電阻是優(yōu)選的。

在系統(tǒng)中，某些設(shè)備必須頻繁地打開(kāi)和關(guān)閉。在這種情況下，它會(huì)產(chǎn)生多個(gè)浪涌電流峰值實(shí)例。兩個(gè)實(shí)例之間的時(shí)間非常短，如果使用 NTC 熱敏電阻，則會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。NTC熱敏電阻需要時(shí)間冷卻，如果冷卻不充分，阻值會(huì)很低。當(dāng)請(qǐng)求重啟并且NTC處于低阻狀態(tài)時(shí)，將會(huì)遇到過(guò)大的浪涌電流。

當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，系統(tǒng)電流會(huì)急劇增加，NTC熱敏電阻會(huì)迅速升溫。當(dāng)NTC熱敏電阻的阻值較低時(shí)，它會(huì)允許更多的電流，加速短路損壞。

在上述情況下，最好使用PTC熱敏電阻來(lái)限制浪涌電流。