開(kāi)關(guān)電源也并非完美的，大部分開(kāi)關(guān)電源都存在一個(gè)弊病，就是在通電的瞬間需要一個(gè)比較大的電流，而這個(gè)電流很有可能是電路在靜態(tài)工作模式下的10-100倍。
由于電流的瞬間增大，將很有可能產(chǎn)生兩個(gè)方面的問(wèn)題。第一點(diǎn)，如果電路從直流電源得不到足夠的啟動(dòng)電流，那么開(kāi)關(guān)電源就有可能成為鎖定的狀態(tài)，導(dǎo)致無(wú)法啟動(dòng)。第二點(diǎn)，這種浪涌電流可能造成輸入電源電壓的降低，足以引起使用同一輸入電源的其它動(dòng)力設(shè)備瞬間掉電。

常見(jiàn)的抑制開(kāi)關(guān)電源浪涌的方法

常見(jiàn)的對(duì)開(kāi)關(guān)電源中輸入浪涌電流的限制方法，是采用在電路中串聯(lián)NTC的方式，NTC是負(fù)溫度系數(shù)熱敏限流電阻器的縮寫。這種方法較為簡(jiǎn)單，然而這種簡(jiǎn)單的方法具有很多缺點(diǎn)：如NTC電阻器的限流效果受環(huán)境溫度影響較大、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(jí))時(shí)只能部分地達(dá)到、NTC電阻器的功率損耗降低了開(kāi)關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率。其實(shí)上面提出的這兩個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)一個(gè)“軟啟動(dòng)電路”來(lái)解決，下面就對(duì)這種解決方法進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

開(kāi)關(guān)電源浪涌是如何產(chǎn)生的

在談解決方案之前，首先要了解浪涌電流是如何產(chǎn)生的，這樣才能達(dá)到最有效抑制的目的。目前使用的大多數(shù)開(kāi)關(guān)電源和逆變器都是采用脈沖寬度調(diào)制來(lái)對(duì)電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換。其中的核心部件是直流-直流轉(zhuǎn)換器。如圖1所示的開(kāi)關(guān)電源中，輸入電壓首先經(jīng)過(guò)干擾濾波，再通過(guò)橋式整流器變成直流，然后通過(guò)一個(gè)很大的電解電容器進(jìn)行波形平滑，之后才能進(jìn)入真正的直流-直流轉(zhuǎn)換器。輸入浪涌電流就是在對(duì)這個(gè)電解電容器進(jìn)行初始充電時(shí)產(chǎn)生的，它的大小取決于起動(dòng)上電時(shí)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(diǎn)起動(dòng)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)峰值輸入浪涌電流。

不僅是開(kāi)關(guān)電源，變壓器的電源在進(jìn)行啟動(dòng)同樣會(huì)出現(xiàn)輸入浪涌電流。然而，這種輸入浪涌電流的出現(xiàn)原因有所不同。當(dāng)變壓器電源在正弦輸入電壓的過(guò)零點(diǎn)起動(dòng)時(shí)，變壓器磁芯的磁化在前幾個(gè)周期中被迫進(jìn)入一種不平衡狀態(tài)。結(jié)果，磁芯在每個(gè)半周飽和。

而在此時(shí)，產(chǎn)生的勵(lì)磁電流僅由較小的漏電感寄生電阻來(lái)抑制，這會(huì)產(chǎn)生很大的輸入浪涌電流。變壓器電源通常帶有特殊的輸入浪涌電流限制器來(lái)保證其在正弦輸入電壓的峰值起動(dòng)，以防止出現(xiàn)很高的輸入浪涌電流。而如果在開(kāi)關(guān)電源中也使用這種輸入浪涌電流限制器，則如前文所述，后果恰恰相反，不但起不到限流作用，反而會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)峰值輸入浪涌電流。所以今天只討論開(kāi)關(guān)電源浪涌電流的產(chǎn)生和消除，變壓器電源不在論述范圍。
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軟啟動(dòng)電路的原理及應(yīng)用

與上述的傳統(tǒng)方法不同，如果在開(kāi)關(guān)電源中采用軟啟動(dòng)電路，進(jìn)行浪涌電流的抑制，則能夠完全避免傳統(tǒng)浪涌電流抑制方法的缺點(diǎn)。通過(guò)“軟啟動(dòng)”來(lái)控制開(kāi)關(guān)電源的啟動(dòng)以消除浪涌電流，包含這樣兩條設(shè)計(jì)原則：即在加電瞬間除去負(fù)載、同時(shí)限制有用的電流。如果不驅(qū)動(dòng)負(fù)載，開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)一般電流很小。在很多情況下，啟動(dòng)電流實(shí)際有可能要比利用這種方法保持的穩(wěn)態(tài)工作電流小。

下面我們通過(guò)一個(gè)例子來(lái)講解軟啟動(dòng)技術(shù)，例中的開(kāi)關(guān)電源為-48 V～+5 V，含有LT1172HVCT的穩(wěn)壓器，從負(fù)到正補(bǔ)償提升式(buck-boost)轉(zhuǎn)換器，其實(shí)任何一個(gè)從-48 V～+5 V的開(kāi)關(guān)電源都能工作。其中，軟啟動(dòng)電路和開(kāi)關(guān)電源電路是相互獨(dú)立的，電氣原理如圖2所示。

圖2當(dāng)中的電路工作原理其實(shí)非常簡(jiǎn)單，在電路通電之初，全部晶體管都是截止的，C1處于放電狀態(tài)，這時(shí)負(fù)載是斷開(kāi)的，輸入電流由限流電阻R4分流。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)，它的輸出電壓開(kāi)始升高，在輸出電壓達(dá)到4.5 V的時(shí)候(D1兩端3.9 V加上Q3的Veb=0.6 V)，Q3導(dǎo)通并對(duì)C1充電。當(dāng)C1兩端的電壓VC達(dá)到Q1的門限電壓時(shí)(通常為3 V)，Q1導(dǎo)通。VC繼續(xù)升高，Q1完全導(dǎo)通，對(duì)輸入電流提供一個(gè)低阻抗通路，并且有效地旁路了限流電阻R4。當(dāng)VC達(dá)到7.4 V時(shí)(D2兩端6.8 V加上Q4的Vbe=0.6V)，Q4導(dǎo)通，同時(shí)對(duì)Q2提供偏壓，也是Q2導(dǎo)通。這樣就使負(fù)載通過(guò)一個(gè)低阻抗與電源連接。至此，電源已被安全啟動(dòng)，軟啟動(dòng)電路也已完成其功用。利用下列公式可以計(jì)算出Q1和Q2的導(dǎo)通時(shí)間： 在VC等于3 V的時(shí)候Q1導(dǎo)通，也就是說(shuō)在電源的輸出達(dá)到4.5 V以后，大約150 ms時(shí)導(dǎo)通;在VC等于7.4 V時(shí)Q2導(dǎo)通，即在Q1導(dǎo)通后的330 ms時(shí)導(dǎo)通。這樣長(zhǎng)的時(shí)間，足以保證電源需要的穩(wěn)定時(shí)間和使Q1與Q2緩慢地導(dǎo)通。因?yàn)橐褑?dòng)電流保持在一個(gè)最小值，所以FET(場(chǎng)效應(yīng)管)的緩慢導(dǎo)通是至關(guān)重要的。若FET轉(zhuǎn)換太快，有可能產(chǎn)生一個(gè)大的浪涌電流，失去軟啟動(dòng)電路的效用。

需要注意的是，為了對(duì)浪涌電流進(jìn)行抑制而加裝軟啟動(dòng)電路，是需要付出代價(jià)的。從整體來(lái)講，這種電路可看作是電源的一部分，它要消耗功率，使電源的效率降低。大部分功率損失是由于輸出傳遞場(chǎng)效應(yīng)管Q2的導(dǎo)通電阻不為零所造成的。這種IRFD9210的導(dǎo)通電阻為0.6 Ω。在500 mA輸出電流時(shí)，Q2將消耗300 mW功率。如果不允許這樣大的損耗，可以采用導(dǎo)通電阻更小的FET。

因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源電壓的感測(cè)是取自場(chǎng)效應(yīng)管Q2的輸入端，所以這種穿過(guò)Q2的電阻也影響負(fù)載電壓的穩(wěn)定。只要負(fù)載電流是相對(duì)恒定的，這個(gè)問(wèn)題就并不嚴(yán)重。如果輸出電壓的變化較大，可以選用導(dǎo)通電阻低的FET來(lái)改善，也可以在軟啟動(dòng)電路工作完成以后，在Q2的輸出端加一個(gè)電壓感測(cè)電路來(lái)改善。

結(jié)語(yǔ)

本文中詳述了電流浪涌的形成，以及軟啟動(dòng)電路在抑制開(kāi)關(guān)電源浪涌中祈禱的關(guān)鍵作用。通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，充分證明了軟啟動(dòng)電路的控制能力很強(qiáng)。文中應(yīng)用的開(kāi)關(guān)電源為-48V-+5V，這個(gè)范圍適合各種開(kāi)關(guān)電源的浪涌電流抑制。

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