浪涌电流是指电源上电瞬间的输入峰值电流,在无PFC电路应用中,为了滤波,整流桥后一般会放置电解电容,我们知道电解电容的特性是电压不能突变,在上电瞬间环路内的阻抗接近零,这就导致环路电流很大,甚至可达几百安培。浪涌电流太大可能会导致保险丝、滤波电感等元器件损坏,严重的可使空气开关跳闸,因此抑制浪涌电流是很有必要的,本篇将研究抑制浪涌电流的几个电路设计方案。
方案一.串联绕线电阻或者热敏电阻NTC
串联电阻在小电流电路中是比较常用的方案,这样做的优势是成本低,体积小,电路简单,劣势是:1.使用绕线电阻时电源正常后的电流仍然流经电阻,电阻会发热且影响电源转换效率,2.使用热敏电阻同样会使电阻发热且影响效率,虽然在温度升高后阻值变小,属于负反馈调节,但是此时抑制浪涌电流的能力也会变弱,热敏电阻在宽环温范围的产品中应用时有局限性。
方案二.继电器+绕线电阻或NTC
此方案在方案一的基础上引入了继电器,其原理是上电初始阶段将电阻接入,系统稳定输出后使用继电器将电阻短路,从而提高效率,这一方案适合应用在大电流电源电路中,其劣势也比较明显,继电器占用体积大,连续开关电源时继电器若响应不及时会导致电阻不起作用,此时浪涌电流极大。
方案三.MOSFET+绕线电阻或NTC
示意图如上,同方案二的思路类似,在电路正常工作后使用MOSFET将电阻短路,其优势是加入了电流反馈电路,当浪涌电流过大时,R2、R3、Q1、R5起作用将MOSFET的Gate拉低,起到负反馈的效果,即使重复上电也能及时响应,接下来将搭建仿真模型来研究这个电路。
仿真电路(为了方便观察,输入电压采用300Vdc):
浪涌电流波形:
在前端平台(图中0-21ms)处浪涌电流始终保持在一个定值,这个定值是由Q1和R2决定的,即:
在这段时间,输入source以一定的电流给电解电容Cbulk充电,电解电容两端的电压持续增大,Rinrush两端的电压持续减小,导致流经Rinrush电流持续减小,由于流经M1与流经Rinrush电流之和为定值,因此流经M1电流持续增大,这一阶段MOSFET M1工作在线型区,当增大到与输入电流相等时,M1进入饱和区。
此电路中M1选型是很关键的,需要考虑工作在线型区这段时间电压和电流同时存在,两者乘积即为功耗,因此选型时对于MOSFET的Ptot及Zth这一参数需要多加关注。
下篇文章将对此电路中MOSFET M1选型作更详细的讲解。