6種抑制開關(guān)電源啟動浪涌電流的方法

今天給大家分享的是：6 種抑制開關(guān)電源啟動浪涌電流的方法

一、SMPS的啟動浪涌電流

開關(guān)電流的浪涌電流是指電源開啟瞬間流入供電設(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，峰值電流遠大于穩(wěn)態(tài)輸入電流。

電源應(yīng)限制交流開關(guān)、整流橋、保險絲和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)溫超過額定結(jié)溫的非重復(fù)性最大正向過載電流。

帶浪涌電流限制和不帶浪涌電流限制的 SMPS 啟動電流

下面為開關(guān)電源中的啟動浪涌電流。

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

輸入浪涌電流是在電解電容初次充電時產(chǎn)生的，其大小取決于加電開始時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啟動，就會出現(xiàn)峰值輸入浪涌電流。

開關(guān)電源中的啟動浪涌電流

二、如何限制開關(guān)電源中的浪涌電流

1、串聯(lián)負溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）

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

由于NTC熱敏電阻的阻值會隨著溫度的升高而減小，所以當開關(guān)電源啟動時，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，電源啟動后，NTC熱敏電阻由于自身散熱作用，會迅速升溫至10℃左右，阻值明顯降低至室溫時的十五分之一左右。

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

串聯(lián)負溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC

優(yōu)點：

簡單實用，成本低

缺點：

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

當電短暫中斷時，只能實現(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。當電源需要立即重新啟動時，NTC熱敏電阻無法有效限制啟動浪涌電流。

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

2、使用功率電阻來限制浪涌電流

當設(shè)計小功率開關(guān)電源時，可以直接使用功率電阻來限制浪涌電流。

但是這個方法不節(jié)能，因此無論是在啟動期間還是在工作階段，電阻幾乎恒定，因此在電源的整個運許過程中施加恒定的功率。

使用功率電阻來限制浪涌電流

優(yōu)點：

電路簡單，成本低，對浪涌電流的限制幾乎不受高低溫的影響。

缺點：

僅適用于低/微功率開關(guān)電源；

對轉(zhuǎn)換效率影響很大。

3、啟動時使用電阻，啟動完立馬去掉電阻

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

實現(xiàn)此功能的方法有很多，例如在功率電阻上并聯(lián)一個繼電器、一個NTC熱敏電阻或者一個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關(guān)模式電源中的啟動浪涌電流

繼電器旁路電阻器限制開關(guān)模式電源中的啟動浪涌電流

在室溫下啟動時，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。

低溫啟動時，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：

簡單實用，常溫低溫均可使用

缺點：

對效率的影響更大。

高溫浪涌電流大。

4、與晶閘管一起使用串聯(lián)定值電阻來限制輸入浪涌電流

接通電源時，Vs截止，電流通過R1，R1起限流作用，達到一定條件，VS導(dǎo)通，R1開路。效率損失大大降低。

晶閘管旁路電阻器限制開關(guān)模式電源中的啟動浪涌電流

優(yōu)點：

低功耗

浪涌電流的限制幾乎不受高溫和低溫的影響。

缺點：

體積大、成本高。

5、采用MOSFET開關(guān)管和延時網(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開關(guān)電源的輸入端接有電容濾波電路，當電源接通時，瞬間需要對輸入電容進行充電，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。

通過兩個電阻、一個電容和一個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輸入端電容濾波電路產(chǎn)生的浪涌電流值。

當電路進入穩(wěn)定工作狀態(tài)時，其漏源極始終導(dǎo)通。

由于實際的開關(guān)電源產(chǎn)品設(shè)計具有不同的浪涌電流抑制效果，通過調(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 返回限制開關(guān)模式電源中的啟動浪涌電流

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)啟動時電阻較低，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熱敏電阻的電阻會很高，從而不利地限制電源電流小于啟動所需的最小電流。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)備必須頻繁地打開和關(guān)閉。在這種情況下，它會產(chǎn)生多個浪涌電流峰值實例。兩個實例之間的時間非常短，如果使用 NTC 熱敏電阻，則會給系統(tǒng)帶來風(fēng)險。NTC熱敏電阻需要時間冷卻，如果冷卻不充分，阻值會很低。當請求重啟并且NTC處于低阻狀態(tài)時，將會遇到過大的浪涌電流。

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

在上述情況下，最好使用PTC熱敏電阻來限制浪涌電流。

繼電器旁路 PTC 熱敏電阻限制開關(guān)模式電源中的啟動浪涌電流

PTC熱敏電阻的成本比NTC熱敏電阻高。此外，基于 PTC 的限流電路需要旁路機制，以便在 PTC 變熱時將其從電源回路中移除。

如上圖所示，當檢測到電源電流低于閾值時，繼電器用于旁路 PTC 熱敏電阻。

盡管存在成本高的缺點，PTC 仍然在許多應(yīng)用中受到青睞，例如直流電機和螺線管，因為 PTC 熱敏電阻具有自我保護特性，當電流過大時，其電阻會增加。

審核編輯：黃飛

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