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AC/DC模塊電源中輸入電壓首先經過干擾濾波,通過橋式整流器變成直流,再通過電解電容器進行波形平滑,然后進入直流-直流轉換器。輸入浪涌電流就是在對這個電解電容器進行初始充電時產生的,沖擊電流的大小由很多因素決定,如輸入電壓大小、輸入電線阻抗、電源內部輸入電感及等效阻抗、輸入電容等效串連阻抗等。
這些參數根據不同的電源系統和布局不同而不同,很難進行估算,最精確的方法是在實際應用中測量沖擊電流的大小。但在測量沖擊電流時,不能因引入傳感器而改變沖擊電流的大小。下面談下三種常用的AC/DC模塊電源防止沖擊電流的方法。
1、串連電阻法:
對于小功率AC/DC模塊電源,可以用串連電阻法。如果電阻選得大,沖擊電流就小,但在電阻上的功耗就大,所以必須選擇折衷的電阻值,使沖擊電流和電阻上的功耗都在允許的范圍之內。
上圖所示為串連電阻法沖擊電流控制電路(適用于橋式整流和倍壓電路,其沖擊電流相同),對于110V、220V雙電壓輸入電路,應該在R1和R2位置放兩個電阻,這樣在110V輸入連接線連接時和220V輸入連接線斷開時的沖擊電流一樣大。對于單輸入電壓電路,應該在R3位置放電阻。
串連在電路上的電阻必須能承受在開機時的高電壓和大電流,大額定電流的電阻在這種應用中比較適合,常用的為線繞電阻,但在高濕度的環境下,則不要用線繞電阻。因線繞電阻在高濕度環境下,瞬態熱應力和繞線的膨脹會降低保護層的作用,會因濕氣入侵而引起電阻損壞。
該方法優點為電路簡單、成本低、對浪涌電流的的防止方面幾乎不受高低溫的影響。缺點為只適合微小功率開關電源,對效率影響很大。
2、熱敏電阻法:
在小功率AC/DC模塊電源中,負溫度系數熱敏電阻(NTC)常用在第一種方法圖中的R1、R2、R3位置。在電源第一次啟動時,NTC的電阻值很大,可限制沖擊電流,隨著NTC的自身發熱,其電阻值變小,使其在工作狀態時的功耗減小。該方法優點為電路簡單實用、成本低。
這種方法的缺點是當第一次啟動后,熱敏電阻要過一會兒才到達其工作狀態電阻值,如果這時的輸入電壓在電源可以工作的最小值附近,剛啟動時由于熱敏電阻阻值還較大,它的壓降較大,電源就可能工作在打嗝狀態。當模塊電源關掉后,熱敏電阻需要一段冷卻時間來將阻值升高到常溫態以備下一次啟動,冷卻時間根據器件、安裝方式、環境溫度的不同而不同,一般為1分鐘。如果模塊電源關掉后馬上開啟,熱敏電阻還沒有變冷,這時對沖擊電流失去限制作用,這就是在使用這種方法控制沖擊電流的開關電源不建議在關掉后馬上開啟的原因。
3、有源沖擊電流限制法:
對于大功率AC/DC模塊電源,沖擊電流限制器件在正常工作時應該短路,這樣可以減小沖擊電流限制器件的功耗。如下圖所示:選擇R1作為啟動電阻,在啟動后用可控硅將R1旁路,因在這種沖擊電流防止電路中的電阻R1可以選得很大,通常不需要改變110V輸入倍壓和220V輸入時的電阻值。圖中所畫為雙向可控硅,也可以用晶閘管或繼電器將其替代。
有源沖擊電流限制電路 (橋式整流時的沖擊電流大),在電路在剛啟動時,沖擊電流被電阻R1限制,當輸入電容充滿電后,有源旁路電路開始工作將電阻R1旁路,這樣在穩態工作時的損耗會變得很小。在這種可控硅啟動電路中,很容易通過開關電源主變壓器上的一個線圈來給可控硅供電,由開關電源的緩啟動來提供可控硅的延遲啟動,這樣在電源啟動前就可以通過電阻R1將輸入電容充滿電。
對于各種浪涌電流防止方案各自有各自的優勢,需要根據實際要求來選擇,看應用產品對AC/DC模塊電源的要求來選擇適合的會更好。