无额外热能与功耗的高效浪涌电流抑制器

开机瞬间的浪涌电流对于电路的危害极大，严重的会造成整个电路的烧毁。因此对浪涌电流进行有效的抑制与防范就成为了设计者们在电路效率之外关心的问题。本文将为大家介绍一种适用于200W及200W以上电路浪涌电流抑制的限流器设计，该款设计简单高效，能够最大程度上的终止浪涌电流。

在一般情况下，只要负载供电电流达到了200W以上，就有必要加入浪涌电流抑制器来进行抑制了。毫无限制的浪涌电流可达数百安培。这样大的电流会损坏线路整流器、融断保险、使输入滤波电感器开路、或损坏PFC（功率因数校正）滤波器电容。一种简单的限制浪涌电流的方法是，使用一个与供电线路串联的NTC（负温度系数）热敏电阻。热敏电阻在冷却时具有较高的电阻，但其电阻值随着温度升高会显著降低，以其热惰性及电阻快速变化特性限制了浪涌电流。

图1

如图1，此浪涌电流限制器电路的特点是有一个继电器S1和限流电阻器R1，方案中所有电阻器都额定为0.125W。然而，NTC热敏电阻同时也会对电源的正常工作电流产生阻力。为了将热敏电阻正常电阻值维持在较低的水平，应该使其在持续的较高温度下工作，但这可能会影响电源的温度曲线图，并会增加机箱内的温度，而这对功耗影响非常大。

可要确定PFC电容器是否充满电却并不容易。通用的电源设计可在多种交流输入电压下工作，想要确定能说明电容完全充满电的电压就不太容易了。此外，浪涌电流限制器还要延迟其它内部附属电源及其它消耗功率电路的工作，以允许PFC线路电容器充电到预定程度。

解决这些问题的最简单方法，是使用一个能测量浪涌电流本身、而不是PFC电容器两端电压的电路。它通过监测浪涌电流振幅消失来确定浪涌过程的结束。在达到一个预设阀值时，电路发出启动附属电源及其它电路的命令。通过监测浪涌电流，可以有效地控制电源的启动点，并使启动阀值独立于输入线路电压。

图1显示了实际的PFC电路，该电路采用一个开关电阻浪涌电流限制器。浪涌电流检测分电路由一个绕线电阻器R1和并联耗尽型MOSFETQ1组成，后者连接到电阻器R2，作为驱动电阻器R3和R4的电流源。在从数百伏到几伏的R1两端电压降范围内，该电路可生成较小的恒定电流，该电流抑制了附属电源的工作，也抑制了对浪涌电流限制过程的干扰。

当浪涌电流降到足够低时，R1两端的电压降就不足以维持Q1作为电流源了。Q1的电流消失就会启动继电器S1，其触点将电阻R1短路，从而接通附属电源并启动主电源。R2的值决定了保持附属电源被禁用的必要电流，允许PFC线路电容C1完全充电。

一个12V机电式继电器如Omron的G2RL-1以较低电阻的触点来旁路R1。也可使用光学隔离的固态继电器，如CarloGavazziRP1A48D5，采用MOSFET或SCR（可控硅整流器）输出器件可取代S1，使输出器件两端的电压降不产生过大的功率损耗就可取代S1。

图2

如图2，限流电阻R1两端的电压表明，当PFC电容充满电时呈经典的指数衰减，辅助电源明显不起到作用。说明了充电过程波形为R1两端的电压降。指数型包络线及其子循环代表电流浪涌过程，而R3和C2过滤掉子循环，并在R4上产生减弱的指数电压波形，电流浪涌过程期间保持Q2导通。Q2将辅助电源的输入电压拉低，抑制了其工作。在R1两端几伏特的电压下，Q1停止产生恒定电流并关闭Q2以启用辅助电源。这样，整个电源会等待浪涌电流达到一个由R2确定的安全值。在继电器S1触发并短路浪涌电流电阻器R1后，电源立即启动。图1中其它部分由传统PFC构成，也代表其它电源配置的一部分。

图3

图4

如图3，上侧迹线表明了用电流探头测得的电流，下侧迹线描述了输入电流在电阻R1两端产生的电压降。迹线1说明了带有浪涌电流限制器和缓慢启动电路的2.4kW电源的启动，该电路可将浪涌与启动过程分开。浪涌电流值为5A，对于2.4kW功率是相当低的。迹线4表明用电流探头测量的输入电流。图4描述了2400W电源的启动。其浪涌电流非常接近5A，该值远远小于约14A的工作电流。

本文讲解了一种能最大程度上抑制浪涌电流抑制器设计，并通过举例的方式配以图文来帮助读者进行理解。另一方面，本设计的最大特点就是不会对电源封装造成多余的热源电路，并且在开关串联电阻正常动作时不会带来额外的效率损耗。在功率因数校正线路的电解电容器充电完毕前，会有效阻止浪涌电流的生成。