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          抑制浪涌電流的方法
          點(diǎn)擊次數:324 更新時(shí)間:2024-04-01
            什么是浪涌電流?
           
            浪涌電流是電路打開(kāi)吸收的最大電流,出現在輸入波形的幾個(gè)周期內。浪涌電流的值遠高于電路的穩態(tài)電流,高電流可能會(huì )損壞設備或觸發(fā)斷路器。浪涌電流通常出現在所有磁芯的設備中,如變壓器、工業(yè)電壓等。
           
            為什么會(huì )出現浪涌電流?
           
          img1
            產(chǎn)生浪涌電流的因素有很多,比如一些去耦電容或平滑電容組成的設備或系統,在啟動(dòng)時(shí)會(huì )消耗大量電流對其進(jìn)行充電。
           
            下面的圖可以看到浪涌電流、峰值電流和穩態(tài)電流之間的差異:
           
            浪涌電流、峰值電流和穩態(tài)電流之間的差異
           
            為什么會(huì )出現浪涌電流?
           
            峰值電流:波形在正區域或負區域獲得的電流最大值。穩態(tài)電流:定義為電路中每個(gè)時(shí)間間隔保持恒定的電流。當 di/dt = 0 時(shí),達到穩態(tài)電流,這意味著(zhù)電流相對于時(shí)間保持不變。
           
            浪涌電流特性
           
            設備開(kāi)啟時(shí)立即發(fā)生
           
            出現時(shí)間跨度短
           
            高于電路和裝置的的額定值
           
            發(fā)生浪涌電流的的一些示例
           
            白熾燈
           
            感應電機啟動(dòng)
           
            變壓器
           
            打開(kāi)基于SMPS的電源
           
            電源轉換器中的浪涌電壓
           
          img2
            為了降低輸入/輸出的紋波噪聲或EMI噪聲,現在通常是在輸入側并聯(lián)電容或者濾波器,如下所示。由于濾波器中有電容,當系統開(kāi)始上電時(shí),由于輸入電壓的快速上升,會(huì )產(chǎn)生很高的浪涌電流。這種情況可能會(huì )導致前端電源供電不足,或者觸發(fā)過(guò)流保護,導致無(wú)電壓輸出,因此,浪涌電流的抑制變得越來(lái)越重要。
           
            a圖并聯(lián)電容,b圖并聯(lián)了濾波器
           
            抑制浪涌電壓的方法
           
            被動(dòng)抑制
           
            如下所示,主要用于應用電路需要外接大量電容時(shí)。如果沒(méi)有外部限流電路,直流母線(xiàn)電壓開(kāi)啟時(shí)會(huì )產(chǎn)生很大的浪涌電壓,可能導致前端電源壓降進(jìn)入保護模式。此時(shí),只需在電容輸入串聯(lián)電阻和二極管即可,可以減輕浪涌電流。當直流母線(xiàn)通過(guò)電阻給電容充電時(shí),可以限制浪涌電流,但是,當直流母線(xiàn)需要供電時(shí),電容可以通過(guò)二極管將電能反饋給直流母線(xiàn)
           
          img3
          主動(dòng)抑制
           
          img4
            另一種是采用帶軟啟動(dòng)電路的有源開(kāi)關(guān)來(lái)限制浪涌電流。如下所示,MOS管通過(guò)軟啟動(dòng)電路緩慢開(kāi)啟,因此,可以限制啟動(dòng)期間的浪涌電流,優(yōu)點(diǎn)是不影響系統效率,不受緩解溫度影響。缺點(diǎn)是需要外接電路,整體成本較高。
           
            采用帶軟啟動(dòng)電路的有源開(kāi)關(guān)來(lái)限制浪涌電流。
           
            使用MOS管浪涌電流限制電路
           
            使用MOS管浪涌電流限制電路
           
            如上所述,已經(jīng)列舉了2種浪涌電流方法。下面介紹使用MOS管導通電路來(lái)抑制輸入電流此外,由于MOS管的導通損耗低,使用方便。優(yōu)點(diǎn)是零件少,缺點(diǎn)是有功率損耗。下面介紹有源和無(wú)源浪涌電流限制電路
           
            有源浪涌電流限制電路(P-MOS管)
           
            下圖為使用P溝道MOS管的浪涌電流限制電路。P溝道的導通步長(cháng)與N溝道基本相同,只是電壓相反。在初始階段,C1上的電壓為0V。輸入電壓通過(guò)R2充電到C1。最后C1上的電壓通過(guò)分壓R1和R2之間的電壓來(lái)確定。Q1 開(kāi)啟狀態(tài)由 Vgs 電壓決定。
           
            -Vgs<-Vgs(th) 和 -Vgd<-Vgs(th)MOS管處于截止狀態(tài),類(lèi)似于開(kāi)路。
           
            -Vgs>-Vgs(th) 和 -Vgd>-Vgs(th)MOS管處于歐姆模式。Vds和Id的特性就像一個(gè)電阻,隨著(zhù)Vgs電壓的升高而變小。
           
            -Vgs>-Vgs(th) 和 -Vgd<-Vgs(th)MOS管 處于飽和模式。Id是固定值,不隨Vds變化。而且MOSFET的導通電阻很低,適合開(kāi)關(guān)。
           
            有源浪涌電流限制電路(P-MOS管)
           
            從MOS管特性描述來(lái)看,歐姆模式適合抑制浪涌電流。至于R1、R2、C1的計算,可以用下面的公式:
           
          img5
          有源浪涌電流限制電路(P-MOS管)
           
            在相同的R1下,C1越大,MOS管工作在歐姆模式的時(shí)間越長(cháng),這意味著(zhù)限制浪涌電流的效果會(huì )更好。
           
          img6
          無(wú)源浪涌電流限制器電路
           
            ·一般的無(wú)源方式是在輸入端串聯(lián)一個(gè)熱敏電阻,但由于熱敏電阻受環(huán)境溫度影響較大,當環(huán)境溫度較高或輸入電源多次快速開(kāi)閉,將起不到保護作用。下圖給出了可以改善這種現象的電路,使用二極管和電阻并聯(lián),與電容并聯(lián)。不僅可以抑制浪涌電流,而且不容易受溫度變化或者輸入電源快速打開(kāi)和關(guān)閉多次的影響。工作原理是當有輸入電壓時(shí),輸入電壓通過(guò)給R1和Cl充電,當系統負載需要電源時(shí),Cl通過(guò)二極管向負載放電。
           
            無(wú)源浪涌電流限制器電路
           
            從圖中可以看出R1與浪涌電流成反比,因此可以通過(guò)以下公式計算R1:
           
            R1 損失
           
            無(wú)源浪涌電流限制器電路
           
            它可以粗略地看成是一個(gè)二倍的時(shí)間常數
           
            無(wú)源浪涌電流限制器電路
           
            阻力損失可以通過(guò)公式(6)得到.
           
            結論
           
          img7
            為了加強DC/DC轉換器的抗噪聲能力,常用的方法是在輸入端加電容。但由于電容的特性,會(huì )在電源輸入端產(chǎn)生浪涌電流。如果不抑制浪涌電流,輸入電源可能因保護電路而無(wú)輸出,并可能損壞輸入電路或保險絲。上面介紹兩種抑制浪涌電流的方法,一種是利用MOSFET的導通特性來(lái)抑制浪涌電流。另一種是使用無(wú)源元件,通過(guò)電阻給電容充電,然后通過(guò)二極管放電回系統。有源抑制電路的效果優(yōu)于無(wú)源抑制電路,但元件數量多于無(wú)源抑制電路。無(wú)源抑制電路的元器件使用最少,但必須考慮電阻的損耗和功率選擇。
           
          上一篇:電磁兼容和高速數字電路設計 下一篇:EMC電磁兼容整改一般來(lái)說(shuō)主要的整改方法

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