开关电源的冲击电流控制方法
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∏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。 图3. 通信系统的最大冲击电流限值(AC/DC电源) 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) 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 图5. 串连电阻法冲击电流控制电路(适用于桥式整流和倍压电路,其冲击电流相同) 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。 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。 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 图6. 有源冲击电流限制电路 (桥式整流时的冲击电流大) 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。 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。 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可以由以下公式确定: 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。 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。 MOS管选择 图10. 有源冲击电流限制电路在75V输入 |
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