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技術(shù)與服務(wù)
如何有效抑制電源設備的輸入沖擊電流

一、摘要

我們日常生活中使用的各種家用電器,以及乘坐的汽車(chē)和火車(chē)等交通工具都是電源的廣泛應用,而且電源設備在軍工及航空航天等特殊行業(yè)中也有著(zhù)極其廣泛的應用。

為保證電源設備穩定工作不被干擾,需要在電源設備的輸入端并聯(lián)電容。同時(shí)為實(shí)現電源設備的輸入過(guò)載保護,還會(huì )在電源設備的輸入端串聯(lián)保險絲或斷路器等。由于輸入電容的存在,電源設備在啟動(dòng)過(guò)程中將會(huì )產(chǎn)生較大的輸入沖擊電流,可能會(huì )導致保險絲熔斷或斷路器跳閘等問(wèn)題。本文將從電源設備輸入沖擊電流抑制方案的設計與應用,給出可靠的解決方案。


二、輸入沖擊電流的產(chǎn)生原因

輸入沖擊電流產(chǎn)生路徑如圖1所示。

圖1 拷貝.jpg

供電系統啟動(dòng)時(shí),輸入電壓Vin快速升高,輸入電壓Vin通過(guò)輸入等效阻抗Rin對輸入等效大電容Cin進(jìn)行充電。輸入回路沒(méi)有使用輸入沖擊電路抑制電路時(shí),由于輸入等效阻抗Rin主要為PCB走線(xiàn)阻抗、EMC電路中共模/差模電感阻抗和端口連接阻抗等,輸入等效阻抗Rin相對較?。ㄏ鄬τ谳斎霙_擊電路抑制電路的阻抗可忽略不計),將導致較大的輸入沖擊電流。

在110VDC輸入,輸入等效大電容Cin為100uF,未加電流抑制電路時(shí),輸入沖擊電流典型波形如圖2所示,輸入沖擊電流達到170A。圖2 拷貝.jpg


三、輸入沖擊電流抑制電路應用系統框圖

輸入沖擊電流抑制電路應用系統框圖如圖3所示。

圖3 拷貝.jpg

輸入沖擊電流過(guò)大將會(huì )導致輸入端保險絲熔斷或斷路器跳閘等問(wèn)題,對于高可靠性要求的行業(yè)應用,進(jìn)行輸入沖擊電流抑制必不可少。


四、電路方案對比

為了有效抑制輸入沖擊電流,行業(yè)內常采用的方案有以下幾種:

方案1:將電阻器串聯(lián)在電源設備的輸入回路中,進(jìn)行輸入沖擊電流抑制,輸入回路串聯(lián)電阻器R1后的方案示意圖如圖4所示。

圖4 拷貝.jpg

供電系統開(kāi)始供電時(shí),輸入等效大電容Cin電壓較小,輸入沖擊電流最大為,為有效抑制輸入沖擊電流,串聯(lián)電阻器R1需要較大的阻值,電源設備穩定工作時(shí),將有持續的電流流過(guò)電阻器R1,電阻器R1存在發(fā)熱嚴重和影響產(chǎn)品效率的缺點(diǎn)。

以輸入電壓Vin=110VDC,輸出功率Po=100W,產(chǎn)品效率?=93%,需求輸入沖擊電流Iin≤10A為例,可計算出電阻器R1取值為,穩態(tài)工作時(shí)電阻器R1的輸入電流,電阻器R1的損耗??紤]到電阻器的尺寸和溫升等,一般需要電阻器R1的損耗小于1W,即對于輸出功率小于30W的小功率電源設備可考慮使用此方案,對于較大功率的電源設備需要采用更優(yōu)的方案設計。


方案2:將負溫度系數的熱敏電阻串聯(lián)在電源部分的輸入回路中,進(jìn)行輸入沖擊電流抑制,輸入回路串聯(lián)熱敏電阻RT后的方案示意圖如圖5所示。

圖5 拷貝.jpg

為解決方案1固定電阻穩態(tài)發(fā)熱嚴重和影響產(chǎn)品效率的問(wèn)題,行業(yè)常用以上熱敏電阻方案。電源設備剛啟動(dòng)時(shí),熱敏電阻還未發(fā)熱,阻值較大,可進(jìn)行輸入沖擊電流抑制,穩態(tài)工作后熱敏阻值降低,發(fā)熱量較小和對產(chǎn)品效率影響較小。

該方案具有熱敏電阻發(fā)熱量較小和對產(chǎn)品效率影響較小的優(yōu)點(diǎn),但是由于負溫度熱敏電阻特性為阻值隨溫度的降低而降低和阻值恢復時(shí)間較長(cháng),因此該方案存在的缺點(diǎn)有:

(1)高溫環(huán)境工作啟動(dòng)時(shí),熱敏電阻阻值小,不能很好的抑制輸入沖擊電流;

(2)低溫環(huán)境工作啟動(dòng)時(shí),熱敏電阻阻值大,可能會(huì )導致電源設備啟動(dòng)不良;

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