通常在开关电源起动时，可能需要输入端的主电网提供短时的大电流脉冲，这种电流脉冲通常被称为“输入浪涌电流(inrush current)”。输入浪涌电流首先给主电网中的断路器（main circuit breaker）和其它熔断器的选择造成了麻烦：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浪涌电流出现时不能熔断，避免误动作。其次，输入浪涌电流会产生输入电压波形塌陷，使供电质量变差，进而影响其它用电设备的工作。通常，输入浪涌电流没能引起系统工程师们在选择电源时足够的重视，从而可能导致系统在起动时的种种困难。 puls普尔世的研发人员开发了一种有效的方法来限制输入浪涌电流，并应用到该公司推出的dimension概念型产品当中。这种方法有效地消除了输入浪涌电流，实现了开关电源无害的“软”起动。  出现输入浪涌电流的原因 现代的驱动系统、逆变器和开关电源等一般通过脉冲调制技术(pwm)来转换电能，其中的核心部件是直流/直流转换器。如图1所示的开关电源中，输入电压首先经过干扰滤波，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。输入浪涌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，就会出现峰值输入浪涌电流。  图1 开关电源输入端简图 传统的输入浪涌电流限制方法：串联负温度系数热敏限流电阻器(ntc) 限制电流的最简单方法当然就是串联限流电阻器，而由于输入浪涌电流只在开关电源起动时才会出现，所以限流电阻器在起动之后最好被短路或减少阻值，以避免起动之后该电阻器上产生的不必要的功率损耗。串联负温度系数热敏限流电阻器ntc无疑是目前为止最简单的抑制输入浪涌电流的方法。因为ntc电阻器会随温度升高而降低。在开关电源起动时，ntc电阻器处于常温，有很高的电阻，可以有效地限制电流；而在电源起动之后，ntc电阻器会由于自身散热而迅速升温至约110oc，电阻值则减少到室温时的约十五分之一，减少了开关电源正常工作时的功率损耗。 然而这种简单的方法具有很多缺点： 1. ntc电阻器的限流效果受环境温度影响较大：如果在低温（零下）起动时，电阻过大，充电电流过小，开关电源可能无法起动；如果在高温起动，电阻器的阻值过小，则可能达不到限制输入浪涌电流的效果。 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电阻器的温度仍很高，阻值很小，在需要电源马上重新起动时，ntc无法有效地实现限流作用。 3. ntc电阻器的功率损耗降低了开关电源的转换效率。开关电源起动之后，ntc电阻器就成了无用的耗电器件，它产生的功率损耗会使整个开关电源的转换效率降低1％左右，这对于一台额定转换效率为92％的开关电源而言，相当于增加了15％的功率损耗。 4. 采用ntc限流电阻器的开关电源厂商提供的峰值输入浪涌电流值很难进行相互比较，不能给系统工程师提供有效的参考。因为这种限流方法受环境温度、输入电压、测试方法等外界条件影响较大，目前也没有统一的测试标准。  图2 串联ntc电阻器的24vdc/10a开关电源冷启动时的输入浪涌电流典型峰值29a 变压器电源的输入浪涌电流限制器 变压器电源起动时也会出现输入浪涌电流。然而，这种输入浪涌电流的出现原因有所不同。当变压器电源在正弦输入电压的过零点起动时，变压器磁芯的磁化在前几个周期中被迫进入一种不平衡状态。结果，磁芯在每个半周饱和。此时的励磁电流只能由微弱的漏电感寄生电阻来限制，导致出现很大的输入浪涌电流。变压器电源通常带有特殊的输入浪涌电流限制器来保证其在正弦输入电压的峰值起动，以防止出现很高的输入浪涌电流。而如果在开关电源中也使用这种输入浪涌电流限制器，则如前文所述，后果恰恰相反，不但起不到限流作用，反而会导致出现峰值输入浪涌电流。 通过串联固定电阻器来限制输入浪涌电流 这种方法中的固定电阻器一般为功率电阻器。当对电解电容器充电结束后，该固定电阻器则被旁路。继电器、triacs，igbt，或其它元件可以用来旁路该电阻器。这种方法比用ntc电阻器的成本要高得多，通常用在额定功率高于250w的开关电源中。它的优点则在于限流效果不受环境温度影响，而且避免了限流电阻器上的功率损耗。  图3 通过在开关电源启动期间串联固定电阻器限制输入浪涌电流 绝佳解决方案：对输入电解电容器的脉冲式充电 由puls普尔世公司研发的这种方法，“软化”了对电解电容器的充电。采用开关、电感器和续流二极管实现了对电解电容器低功耗的、脉冲式的充电。采用这种方法，还可以精确地计算出峰值输入电流和对电解电容器的初始充电延迟等参数，便于系统工程师进行设计。在puls普尔世的dimension概念型产品线的精品q系列及简约c系列（部分产品）中，电解电容器的充电都被有意地延迟了，这一点在系统由于主电网输入电压中断而重新起动时有很大帮助：因为当输入电压刚刚恢复时，可能很多用电器都在努力获得起动电流。此时，所有用电器的峰值浪涌电流会叠加起来，对主断路器(mcb)及输入电压造成极大的压力。而puls普尔世开关电源产品中的这一有意的充电延迟设定在了输入电压出现后的100毫秒之后，防止了熔断器或mcb的熔断，避免产生误动作。  图4 对输入电解电容器的脉冲式充电 通过脉冲式充电限制输入浪涌电流的优点在于： 1. 峰值输入浪涌电流只略高于正常工作时最大的输入电流； 2. 主断路器(mcb)无需根据峰值输入浪涌电流、而只需根据正常工作时的输入电流设计； 3. 可以提供给系统工程师精确的峰值输入浪涌电流值，不受环境温度、输入电压或其它外界条件的影响； 4. 开关电源起动和正常工作时的低功率损耗； 5. 延迟的充电过程减少了电网输入电压中断后整个系统重起动时所需的峰值电流； 6. 可以在－25 oc的低温下起动。  图5 输入电解电容器脉冲式充电的24vdc/10a的puls概念型产品线开关电源的输入浪涌电流典型峰值3a  图1 开关电源输入端简图 图2 串联ntc电阻器的24vdc/10a开关电源冷启动时的输入浪涌电流典型峰值29a 图3 通过在开关电源启动期间串联固定电阻器限制输入浪涌电流 图4 对输入电解电容器的脉冲式充电 图5 输入电解电容器脉冲式充电的24vdc/10a的puls概念型产品线开关电源的输入浪涌电流典型峰值3a |
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