开关电源启动冲击电流详解.pdf

电源启动冲击电流详解 By:J S 一、冲击电流危害： 由于所有的开关电源，根据不同的功率等级，初级大部分存在储能电容。 因此导致启动瞬间会有较大的冲击电流，此冲击电流对于电网、供电设备均有较 大干扰，对于电源、模块自身主功率回路中的整流桥、继电器等器件的耐冲击性、 可靠性均有较高要求。例如：电源启动时，流过整流桥的电流脉冲过大，如果超 出标称值，整流桥易损坏，特别是在高温环境下启动时。 再者很多人会发现，在启动某个较大功率电子设备时，旁边如果有视频显 示器，经常会有干扰的信号出线在屏幕上。严重时会导致屏幕重启一次。 所以有效的控制冲击电流对于电源的可靠性提高、环境中干扰地减小均有 积极的意义。 以下从数学理论计算出发分析。得到一个合理的设计值。对于AC/DC， DC/DC 电源设计工程师均有帮助。 二、原理说明： 首先冲击电流和以下参数有关：输入电压最高电压Vmax，回路中的电阻R，回 路中的电感L，以及储能电容C。等效为下图： 做一个必要的假设，原因为我们很多朋友想通过试验来验证这个结论的正确性， 以免试验和结论偏差很大：输入源就像一个大海，C 电容就像一个水瓢，L\R 是 一个人的动作快满。必须设定无论如论这个人舀水速度的快慢，均不会影响海平 面的高低，即输入电压的值。 第一步：我们先来确认电容C 上的电压T(t)变化情况， 电感等效电阻 注意：假设电感不会饱和。 V0:电解上初始电压值，启动时可以设为0V。 Vmax:输入电压最大值。 C：电容值。 L：电感值。 R：电阻值。 首先给出几个不同组合R、C、L,对应的电压上升时间，后续对于结论说明有帮助。 请细看， 输入电压：330V R=5，L=10uH，C=220uF 电压上升到300V 大约3mS。 R=0.01，L=10uH，C=220uF 电压上升到300V 大约0.2mS。 R=5，L=1000uH，C=220uF 电压上升到300V 大约4mS。 R=0.01，L=10uH，C=22uF 电压上升到300V 大约0.06mS。 结论：电阻越小、电容越小电容上电压建立越快。几十个nS 到几个mS，此时电 感相应的等效阻抗RL(t)不可忽略，并且随之时间的减少，等效阻抗会更高。 可看到对于最初时刻的电感等效阻抗非常大，0.06mS 时，还有大约100 Ω左右的 等效阻抗。 进一步结论：在输入启动时间很短时，可以取消限流电阻。冲击电流同样不会超。 废话不多说，很多人已经很不耐烦要直接看冲击电流的波形了。 要求设定的冲击电流值基本相等： R=5，L=10uH，C=220uF R=0.01，L=25uH，C=22uF R=0.01，L=250uH，C=220uF 结论： 1、对于小电容，可以去掉限流电阻R，只用电感和布线电阻来限制冲击电流。 2、对于大电容，也可以通过单独的电感来限制，但是感量要足够大。此方法可 行吗？答案是否定的，当电感感量很大，并且不饱和的情况下，必然要将体 积做大，实际设计中你又能用多大的电感呢？对于大电容，通过增加电感感 量是不实际的。 3、储能电解大于22uF 时，串联电阻来限制冲击电流。建议如果选用的电感为 高u 值电感，容易饱和的，请直接使用Vmax/R 来得到一个最大的冲击电流 值。例如最高输入电压330V，要求冲击电流小于50A,R 选用330/50=7R 电阻。 对于限流电阻或热敏电阻的选型请注意功耗、和材质。 4、对于低压输入模块电源来说，就完全可以通过差膜电感和布线电阻来限制冲 击电流，减小干扰。 三、试验验证： 由于没时间单独做试验，只有下一个项目调试时再上一些试验数据。 首先明确一些测试方法，以免其他人试验数据和结论误差。 首先供电电源出来接几个电容C1\C2，要求C1、C2 远大于C 的容量。电源先上 电、再闭合SW1 开关来测试。开关过电流的能力也要非常大，最好选择抗冲击 电流较大的空气开关。 2016-12-9