干貨 | 開關(guān)電源啟動時出現(xiàn)輸入浪涌電流原因分析

通常在開關(guān)電源啟動時，可能需要輸入端的主電網(wǎng)提供短時的大電流脈沖，這種電流脈沖通常被稱為“輸入浪涌電流（inrush current）”。輸入浪涌電流給主電網(wǎng)中的斷路器（main circuit breaker）和其它熔斷器的選擇造成了麻煩：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浪涌電流出現(xiàn)時不能熔斷，避免誤動作。另外，輸入浪涌電流會產(chǎn)生輸入電壓波形塌陷，使供電質(zhì)量變差，進而影響其它用電設(shè)備的工作。

出現(xiàn)輸入浪涌電流的原因

如圖1所示的開關(guān)電源中，輸入電壓首先經(jīng)過干擾濾波，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(zhuǎn)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(chǎn)生的，它的大小取決于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啟動，就會出現(xiàn)峰值輸入浪涌電流。

圖1：開關(guān)電源輸入端簡圖

限制開機浪涌電流的五種對策大比拼

方案一

最常用的輸入浪涌電流限制方法：串聯(lián)負溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）。

圖2：串聯(lián)NTC限制開機浪涌電流

串聯(lián)負溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）無疑是目前為止最簡單的抑制輸入浪涌電流的方法。因為NTC電阻器會隨溫度升高而降低。在開關(guān)電源啟動時，NTC電阻器處于常溫，有很高的電阻，可以有效地限制電流；而在電源啟動之后，NTC電阻器會由于自身散熱而迅速升溫至約110℃，電阻值則減少到室溫時的十五分之一左右，減少了開關(guān)電源正常工作時的功率損耗。

優(yōu)點：

電路簡單實用、成本低。

缺點：

1、NTC電阻器的限流效果受環(huán)境溫度影響較大：如果在低溫（零下）啟動，電阻過大，充電電流過小，開關(guān)電源可能無法啟動；如果在高溫啟動，電阻器的阻值過小，則可能達不到限制輸入浪涌電流的效果。

2、限流效果在短暫的輸入主電網(wǎng)中斷（約幾百毫秒數(shù)量級）時無法充分發(fā)揮作用。在這個短暫的中斷期間，電解電容器已被放電，而NTC電阻器的溫度仍很高，阻值很小，在需要電源馬上重新啟動時，NTC無法有效地實現(xiàn)限流作用。

3、NTC電阻器的功率損耗降低了開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率。

方案二

對于微功率開關(guān)電源，直接使用功率電阻器限制浪涌電流。

圖3：直接串聯(lián)功率電阻器限制浪涌電流（只適合微功率開關(guān)電源）

優(yōu)點：

電路簡單、成本低，而且浪涌電流限制功能幾乎不受高低溫的影響。

缺點：

只適合微功率開關(guān)電源、對效率影響很大。

方案三

NTC熱敏電阻器與普通功率電阻器并聯(lián)的方式來限制浪涌電流。

圖4：NTC熱敏電阻器與功率電阻器并聯(lián)的方式來抑制開機浪涌電流

常溫啟動時，通過并聯(lián)功率電阻器與熱敏電阻器來限制浪涌電流，在低溫啟動時NTC熱敏電阻器的阻值急劇升高，但功率電阻器阻值基本保持不變，以確保低溫啟動，不過在高溫實驗時浪涌電流也很大。

優(yōu)點：

簡單實用、對于常溫和低溫啟動效果不錯。

缺點：

效率影響較大，高溫浪涌電流大。

方案四

串聯(lián)固定電阻器配合晶閘管，來限制輸入浪涌電流。

圖5：串聯(lián)固定電阻器配合晶閘管來限制開機浪涌電流

上電時，VS截止，電流經(jīng)過R1，R1起到限流作用，達到一定條件，VS導(dǎo)通，將R1斷路，使效率損失大大降低。

優(yōu)點：

功耗低和浪涌電流限制功能幾乎不受高低溫的影響。

缺點：

體積大、成本高。

方案五

利用MOSFET開關(guān)管及延時網(wǎng)絡(luò)電路抑制浪涌電流。

圖5：利用開關(guān)管延時電路抑制浪涌電流

電路基本工作原理是：由于DC-DC開關(guān)電源的輸入端接有容性濾波電路，在開機加電時由于需要為濾波電容C1、C2充電，所以會瞬間產(chǎn)生較大的浪涌電流，此時在母線輸入的地線上接入的MOSFET（VT1）的漏源極并未導(dǎo)通。隨著R2、R3、DZ1及CA1組成的延時電路給MOSFET（VT1）的柵極加電，使MOSFET（VT1）的漏源極逐漸導(dǎo)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(chǎn)生的浪涌電流值。當(dāng)電路進入穩(wěn)定工作狀態(tài)下，其漏源極始終處于導(dǎo)通狀態(tài)。

由于實際的開關(guān)電源產(chǎn)品設(shè)計中對于浪涌電流抑制的要求不盡相同，可通過調(diào)節(jié)CA1的具體參數(shù)而獲得不同的浪涌電流抑制結(jié)果。

優(yōu)點：

功耗低；常溫、低溫、高溫對浪涌電流的限制效果都特別好。

缺點：

體積大、成本高。

小結(jié)

各種浪涌電流限制方案各有各的優(yōu)勢，沒有絕對的哪種方案更好，而且對于各種電源產(chǎn)品的要求都不一樣，選擇適合的就好。