电源应用电路之冲击电流抑制

引言

开关电源的应用时，输入端的主电网可能会提供短时的电流脉冲，这种电流脉冲通常被称为“输入冲击电流”。输入冲击电流会给主电网中断路器或熔断器的应用造成一定困扰：断路器一方面要保证在过载时熔断，起到保护作用；另一方面又必须在输入冲击电流出现时不能熔断，避免误动作。输入冲击电流也会产生输入电压波形震荡，使电网的供电质量变差，进而影响其它用电设备的工作。为确保开关电源的供电稳定和用电安全，电源的应用电路设计就会尤为重要。

一、冲击电流的产生由来

在开关电源中，输入电压首先经过前级滤波，再通过桥式整流器变成直流，然后通过一个很大的电解电容器进行波形平滑，之后才能进入真正的直流/直流转换器。输入冲击电流就是在对这个电解电容器进行初始充电时产生的，它的大小取决于起动上电时输入电压的幅值以及由桥式整流器和电解电容器所形成回路的总电阻。如果恰好在交流输入电压的峰值点起动时，就会出现峰值输入冲击电流。

二、抑制输入冲击电流的五大方案

（一）方案一：输入端串联负温度系数热敏电阻（NTC）

串联负温度系数热敏电阻NTC是目前为止最为简单常用的抑制输入冲击冲击电流的方法之一。因为NTC电阻值会随温度升高而降低。在开关电源启动时，NTC处于常温，有很高的阻值，可以有效地限制电流；而在电源启动后，NTC会由于自身散热原因而迅速升温，电阻值则减少到室温时的约十五分之一，从而减少了开关电源正常工作时的功率损耗。

方案优点： 电路简单实用、成本低。

方案缺点：

① NTC的限流效果受环境温度影响较大：如果在低温（零下）启动时，电阻过大，充电电流过小，开关电源可能启机异常；如果在高温启动，电阻的阻值过小，则可能达不到限制输入冲击冲击电流的效果。

② 限流效果在短暂的输入主电网中断（约几百毫秒数量级）时只能部分地达到。在这个短暂的中断期间，电解电容器已被放电，而NTC的温度仍很高，阻值很小，在需要电源马上重新启动时，NTC无法有效地实现限流作用。

③ NTC的功率损耗降低了开关电源的转换效率。

（二）方案二：功率电阻限制冲击电流

在应用微小功率的开关电源时，直接使用功率电阻限制冲击电流。

方案优点： 电路简单、成本低、对冲击电流的的限制方面几乎不受高低温的影响

方案缺点：

① 只适合微小功率开关电源；

② 对效率影响很大。

（三）方案三：NTC热敏电阻与普通功率电阻并联

常温启机时，功率电阻与热敏电阻并联后的阻值来限制冲击电流，在低温起机时NTC热敏电阻的阻值急剧升高但功率电阻阻值基本是不变的能保证低温启动，不过在高温实验时冲击电路也很大。

方案优点： 简单实用、对于常温和低温起机时效果不错

方案缺点：

① 效率影响较大；

② 高温冲击电流大。

（四）方案四：串联固定电阻器配合晶闸管

上电时，Vs截止，电流经过R1，R1起到限流作用，达到一定条件，VS导通，将R1短路。使效率损失大大降低。

方案优点：

①功耗低；

②对冲击电流的的限制方面几乎不受高低温的影响。

方案缺点：

①体积大；

②成本高。

（五）方案五：利用MOS管和延时网络电路

电路工作的基本原理是：由于DC-DC开关电源的输入端接有容性滤波电路，当开机加电瞬间由于需要为滤波电容C1、C2充电，所以瞬间产生较大的冲击电流，此时在母线输入地线上接入的MOSFET（VT1）的漏原极之间并未导通，随着R2、R3、DZ1及C3组成的延时电路给MOSFET（VT1）的栅极加电，使MOSFET（VT1）的漏源极逐渐导通，从而有效减小了开机瞬间由输入端的容性滤波电路充电而产生的冲击电流值。当电路进入稳定工作状态下，其漏源极始终处于导通状态。

由于实际开关电源产品设计中对于冲击电流的抑制情况不同，可通过调节C3的具体参数，从而获得不同冲击电流抑制的结果。

方案优点：

① 功耗低；

② 常温、低温、高温对冲击电流的限制效果都特别好。

方案缺点：

① 体积大；

② 成本高。