开关电源的冲击电流控制方法Word文档下载推荐.docx

1、图5. 串连电阻法冲击电流控制电路（适用于桥式整流和倍压电路，其冲击电流相同）串连在电路上的电阻必须能承受在开机时的高电压和大电流，大额定电流的电阻在这种应用中比较适合，常用的为线绕电阻，但在高湿度的环境下，则不要用线绕电阻。因线绕电阻在高湿度环境下，瞬态热应力和绕线的膨胀会降低保护层的作用，会因湿气入侵而引起电阻损坏。图5所示为冲击电流限制电阻的通常位置，对于110V、220V双电压输入电路，应该在R1和R2位置放两个电阻，这样在110V输入连接线连接时和220V输入连接线断开时的冲击电流一样大。对于单输入电压电路，应该在R3位置放电阻。2.2 热敏电阻法在小功率开关电源中，负温度系数热敏电

2、阻（NTC）常用在图5中R1，R2，R3位置。在开关电源第一次启动时，NTC的电阻值很大，可限制冲击电流，随着NTC的自身发热，其电阻值变小，使其在工作状态时的功耗减小。用热敏电阻法也由缺点，当第一次启动后，热敏电阻要过一会儿才到达其工作状态电阻值，如果这时的输入电压在电源可以工作的最小值附近，刚启动时由于热敏电阻阻值还较大，它的压降较大，电源就可能工作在打嗝状态。另外，当开关电源关掉后，热敏电阻需要一段冷却时间来将阻值升高到常温态以备下一次启动，冷却时间根据器件、安装方式、环境温度的不同而不同，一般为1分钟。如果开关电源关掉后马上开启，热敏电阻还没有变冷，这时对冲击电流失去限制作用，这就是在

3、使用这种方法控制冲击电流的电源不允许在关掉后马上开启的原因。2.3 有源冲击电流限制法对于大功率开关电源，冲击电流限制器件在正常工作时应该短路，这样可以减小冲击电流限制器件的功耗。图6. 有源冲击电流限制电路 （桥式整流时的冲击电流大）在图6中，选择R1作为启动电阻，在启动后用可控硅将R1旁路，因在这种冲击电流限制电路中的电阻R1可以选得很大，通常不需要改变110V输入倍压和220V输入时的电阻值。在图6中所画为双向可控硅，也可以用晶闸管或继电器将其替代。图6所示电路在刚启动时，冲击电流被电阻R1限制，当输入电容充满电后，有源旁路电路开始工作将电阻R1旁路，这样在稳态工作时的损耗会变得很小。在

4、这种可控硅启动电路中，很容易通过开关电源主变压器上的一个线圈来给可控硅供电。由开关电源的缓启动来提供可控硅的延迟启动，这样在电源启动前就可以通过电阻R1将输入电容充满电。3. DC/DC开关电源的冲击电流限制方法 3.1 长短针法图7所示电路为长短针法冲击电流限制电路，在DC/DC电源板插入时，长针接触，输入电容C1通过电阻R1充电，当电源板完全插入时，电阻R1被断针短路。C1代表DC/DC电源的所有电容量图7. 长短针法冲击电流限制电路这种方法的缺陷是插入的速度不能控制，如插入速度过快，电容C1还没充满电时，短针就已经接触，冲击电流的限制效果就不好。也可用热敏电阻法来限制冲击电流，但由于DC

5、/DC电源的输入电压较低，输入电流较大，在热敏电阻上的功耗也较大，一般不用此方法。3.2 有源冲击电流限制法3.2.1 利用MOS管限制冲击电流利用MOS管控制冲击电流可以克服无源限制法的缺陷。MOS管有导通阻抗Rds_on低和驱动简单的特点，在周围加上少量元器件就可以做成冲击电流限制电路。MOS管是电压控制器件，其极间电容等效电路如图8所示。图8. 带外接电容C2的N型MOS管极间电容等效电路MOS管的极间电容栅漏电容Cgd、栅源电容Cgs、漏源电容Cds可以由以下公式确定：公式中MOS管的反馈电容Crss,输入电容Ciss和输出电容Coss的数值在MOS管的手册上可以查到。电容充放电快慢决

6、定MOS管开通和关断的快慢，为确保MOS管状态间转换是线性的和可预知的，外接电容C2并联在Cgd上，如果外接电容C2比MOS管内部栅漏电容Cgd大很多，就会减小MOS管内部非线性栅漏电容Cgd在状态间转换时的作用。外接电容C2被用来作为积分器对MOS管的开关特性进行精确控制。控制了漏极电压线性度就能精确控制冲击电流。 电路描述：图9所示为基于MOS管的自启动有源冲击电流限制法电路。MOS管 Q1放在DC/DC电源模块的负电压输入端，在上电瞬间，DC/DC电源模块的第1脚电平和第4脚一样，然后控制电路按一定的速率将它降到负电压，电压下降的速度由时间常数C2*R2决定，这个斜率决定了最大冲击电流。

7、C2可以按以下公式选定：R2由允许冲击电流决定：其中Vmax为最大输入电压，Cload为C3和DC/DC电源模块内部电容的总和，Iinrush为允许冲击电流的幅度。图9. 有源冲击电流限制法电路D1用来限制MOS管 Q1的栅源电压。元器件R1，C1和D2用来保证MOS管Q1在刚上电时保持关断状态。上电后，MOS管的栅极电压要慢慢上升，当栅源电压Vgs高到一定程度后，二极管D2导通，这样所有的电荷都给电容C1以时间常数R1C1充电，栅源电压Vgs以相同的速度上升，直到MOS管Q1导通产生冲击电流。以下是计算C1和R1的公式：其中Vth为MOS管Q1的最小门槛电压，VD2为二极管D2的正向导通压降

8、，Vplt为产生Iinrush冲击电流时的栅源电压。Vplt可以在MOS管供应商所提供的产品资料里找到。MOS管选择以下参数对于有源冲击电流限制电路的MOS管选择非常重要：l 漏极击穿电压 Vds 必须选择Vds比最大输入电压Vmax和最大输入瞬态电压还要高的MOS管，对于通讯系统中用的MOS管，一般选择Vds100V。l 栅源电压Vgs稳压管D1是用来保护MOS管Q1的栅极以防止其过压击穿，显然MOS管Q1的栅源电压Vgs必须高于稳压管D1的最大反向击穿电压。一般MOS管的栅源电压Vgs为20V，推荐12V的稳压二极管。l 导通电阻Rds_on.MOS管必须能够耗散导通电阻Rds_on所引起

9、的热量，热耗计算公式为：其中Idc为DC/DC电源的最大输入电流，Idc由以下公式确定：其中Pout为DC/DC电源的最大输出功率，Vmin为最小输入电压，为DC/DC电源在输入电压为Vmin输出功率为Pout时的效率。可以在DC/DC电源供应商所提供的数据手册里查到。MOS管的Rds_on必须很小，它所引起的压降和输入电压相比才可以忽略。图10. 有源冲击电流限制电路在75V输入，DC/DC输出空载时的波形设计举例已知： Vmax=72VIinrush=3A选择MOS管Q1为IRF540S选择二极管D2为BAS21按公式（4）计算：C21700pF。 选择 C2=0.01F;按公式（5）计算

10、：R2=252.5kW。 选择 R2=240kW，选择 R3=270WR2;按公式（7）计算：C1=0.75F。 选择 C1=1F;按公式（8）计算：R1=499.5W。 选择 R1=1kW图10所示为图9电路的实测波形，其中DC/DC电源输出为空载。3.2.2 利用专用集成电路控制冲击电流和实现热插拔功能对于复杂的系统，可能需要复杂的控制电路来实现以下功能：n DC/DC电源开关机控制n 当输入电压低于DC/DC电源最低工作电压时，关断冲击电流控制电路，当输入电压恢复正常时，重新启动。现在有些公司的热插拔芯片可以提供这些功能，如Linear Technology公司的TL1640芯片就提供了

11、简单而有效的冲击电流控制方法。这种芯片可以工作在很宽的输入电压范围，可提供输入过、欠压保护，还可以对DC/DC电源提供开关机信号。图11.基于LT1640L的冲击电流控制电路图11所示电路为基于LT1640L的冲击电流控制电路，该电路可以可靠的控制冲击电流、管理热插拔而不引起瞬态过压或欠压。在上电或插入瞬间，MOS管Q1保持在关断状态，将未充电电容C3、DC/DC电源滤波器电容和输入电源隔开，随后MOS管Q1慢慢开通，电容在控制状态下慢慢充电，只有在电容充满电后，PWRGD才给出开关信号让DC/DC电源开始工作。电路描述：电阻R3和MOS管Q1的栅极和源极间接外接电容C2作为反馈可以精确控制冲

12、击电流的大小，外接栅极和源极间电容C2的容量可以由以下公式计算得到：式中：Vth为MOS管Q1的最小门槛电压，Cload为C3和DC/DC电源模块内部电容的总和。电容C2的容量决定在MOS管Q1导通过程中冲击电流Iinrush的大小，最好将冲击电流Iinrush设定得和DC/DC的最大稳态工作电流一样。改变所要求的冲击电流Iinrush的大小、MOS管型号，甚至MOS管生产厂家，就需要改变外接电容C1、C2的容量。电阻R18的作用是减小MOS管Q1的关断时间，R3一般在10KW 到15KW之间。电阻R7、R8决定电路的欠压保护点，电阻R9、R10决定电路的过压保护点，由于UV、OV的比较电平都

13、是1.24V，图11所示的过、欠压保护点分别为74V和30V。C5、C6消除OV、UV端的干扰，C5和C6越接近芯片的各自管脚越好。R4和C7为芯片LT1640L的低通滤波，C7越接近芯片越好。MOS管Q1为IRF540S选择： R18270W，R312 kW按公式（11）计算：C21380pF。 选择 C2=1500pF;按公式（12）计算：C1=0.058mF。 选择 C10.1mF图12. 图11电路在48V输入、输出空载时的冲击电流图12为图11所示电路在48VDC输入、输出空载时的波形。上电后， ON/OFF端电压被DC/DC电源内部电路抬升，当电容C3和滤波器中电容充满电后，PWR

14、GD输出低电平，将ON/OFF端电压拉低，DC/DC电源开始工作。图13为图11所示电路在48VDC输入、DC/DC电源输出为30W时的波形。最下面的波形为DC/DC电源的输出波形，PWRGD一给DC/DC电源ON/OFF端输出低电平信号（见图11），DC/DC电源的输出就开始上升。图11由于是DC/DC输出空载，其稳态输入电流几乎为零，图12输出为30W，它有稳态输入电流。图14、图15分别为36V、72V输入，输出为30W时的波形。图13. 图11电路在48V输入、DC/DC输出为30W时的冲击电流图14. 图11电路在36V输入、DC/DC输出为30W时的冲击电流图15. 图11电路在72V输入、DC/DC输出为30W时的冲击电流