冲击电流控制方法

《冲击电流控制方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《冲击电流控制方法（10页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、开关电源的冲击电流控制方法 ( 2009/3/6 14:12 )1.引言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n形滤波器，图1.和图2.分别为典型的AC/DC电源输入电路和DC/DC电源输 入电路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。L.典型的AC DC电源輸入电欧洲电信标准协会(the Eur opea n Telecommu ni cati ons Sta ndard

2、s In stitute对用 于通信系统的开关电源的冲击电流大小做了规定，图3为通信系统用AC/DC电源供电时的 最大冲击电流限值4,图4为通信系统在DC/DC电源供电，标称输入电压和最大输出负 载时的最大冲击电流限值5。图中It为冲击电流的瞬态值，Im为稳态工作电流。77-T7n. if i. *-! -1B-F-m 3忌斗产* %峠Ah d*j i. -iV ij* i rjj j .-r. H ji丄丄F十 R 眄I !：工:!：！Q -qirnK T r ITT 2；#冲审t汕恋 十 F VE-二】工工r r- ttti- 现*E：CIj3OZ 上立tip： TIsTj?3;卜-B*-

3、#H-a-i-F *w F：订活;:EBE3-时讣岀IHJl|rm|1H44图4.通信系统在标称输入电压和最大输出负载时的冲击电流限值（DC/DC电源）冲击电流的大小由很多因素决定，如输入电压大小，输入电线阻抗，电源内部输入电感 及等效阻抗，输入电容等效串连阻抗等。这些参数根据不同的电源系统和布局不同而不同， 很难进行估算，最精确的方法是在实际应用中测量冲击电流的大小。在测量冲击电流时，不 能因引入传感器而改变冲击电流的大小，推荐用的传感器为霍尔传感器。2. AC/DC开关电源的冲击电流限制方法2.1串连电阻法对于小功率开关电源，可以用象图5的串连电阻法。如果电阻选得大，冲击电流就小， 但在电

4、阻上的功耗就大，所以必须选择折衷的电阻值，使冲击电流和电阻上的功耗都在允许 的范围之内。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5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。Hi.irH图5.串连电阻法冲击电流

5、控制电路（适用于桥式整流和倍压电路，其冲击电流相同）2.2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5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

6、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。2.3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。在图6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6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6.有源冲击电流限制电路（桥式整流时的冲击电流大）图6所示电路在刚启动

7、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。3. DC/DC开关电源的冲击电流限制方法3.1长短针法图7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7.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

8、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。3.2有源冲击电流限制法3.2.1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8.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

9、式确定:CW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9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

10、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9.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R1M1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

11、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VdsnlOOV。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，n为DC/DC电源 在输入电压为Vmin输出功率为Pout时的效率。n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。inputflut uDtifri-knpu dimwitC1H -Hqh J SO A图10.有源冲击电流限制电路在75V输入