利用“軟啟動(dòng)電路”消除開關(guān)電源浪涌電流

0 引言
在各種過去和現(xiàn)在常用的電源中，開關(guān)電源是很普及的，一般可以滿足任何設(shè)計(jì)要求。這種電源很經(jīng)濟(jì)，但在設(shè)計(jì)中也存在一些問題。這就是很多開關(guān)電源(特別是大功率開關(guān)電源)，都存在一個(gè)固有的缺點(diǎn)：在加電瞬間要汲取一個(gè)較大的電流。這個(gè)浪涌電流可能達(dá)到電源靜態(tài)工作電流的1O倍～100倍。由此，至少有可能產(chǎn)生兩個(gè)方面的問題。第一，如果直流電源不能供給足夠的啟動(dòng)電流，開關(guān)電源可能進(jìn)入一種鎖定狀態(tài)而無法啟動(dòng)；第二，這種浪涌電流可能造成輸入電源電壓的降低，足以引起使用同一輸入電源的其它動(dòng)力設(shè)備瞬間掉電。
傳統(tǒng)的輸入浪涌電流限制方法是串聯(lián)負(fù)溫度系數(shù)熱敏限流電阻器(NTC)，然而這種簡單的方法具有很多缺點(diǎn)：如NTC電阻器的限流效果受環(huán)境溫度影響較大、限流效果在短暫的輸入主電網(wǎng)中斷(約幾百毫秒數(shù)量級)時(shí)只能部分地達(dá)到、NTC電阻器的功率損耗降低了開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率……。其實(shí)上面提出的這兩個(gè)問題可以通過一個(gè)“軟啟動(dòng)電路”來解決，下面詳細(xì)介紹之。

1 開關(guān)電源浪涌電流產(chǎn)生的原因
在論述“軟啟動(dòng)電路”以前，我們首先討論浪涌電流是如何產(chǎn)生的。現(xiàn)代的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、逆變器和開關(guān)電源等一般通過脈沖調(diào)制技術(shù)(PWM)來轉(zhuǎn)換電能，其中的核心部件是直流／直流轉(zhuǎn)換器。如圖1所示的開關(guān)電源中，輸入電壓首先經(jīng)過干擾濾波，再通過橋式整流器變成直流，然后通過一個(gè)很大的電解電容器進(jìn)行波形平滑，之后才能進(jìn)入真正的直流／直流轉(zhuǎn)換器。輸入浪涌電流就是在對這個(gè)電解電容器進(jìn)行初始充電時(shí)產(chǎn)生的，它的大小取決于起動(dòng)上電時(shí)輸入電壓的幅值以及由橋式整流器和電解電容器所形成回路的總電阻。如果恰好在交流輸入電壓的峰值點(diǎn)起動(dòng)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)峰值輸入浪涌電流。

另外，變壓器電源起動(dòng)時(shí)也會(huì)出現(xiàn)輸入浪涌電流。然而，這種輸入浪涌電流的出現(xiàn)原因有所不同。當(dāng)變壓器電源在正弦輸入電壓的過零點(diǎn)起動(dòng)時(shí)，變壓器磁芯的磁化在前幾個(gè)周期中被迫進(jìn)入一種不平衡狀態(tài)。結(jié)果，磁芯在每個(gè)半周飽和。此時(shí)的勵(lì)磁電流只能由微弱的漏電感寄生電阻來限制，導(dǎo)致出現(xiàn)很大的輸入浪涌電流。變壓器電源通常帶有特殊的輸入浪涌電流限制器來保證其在正弦輸入電壓的峰值起動(dòng)，以防止出現(xiàn)很高的輸入浪涌電流。而如果在開關(guān)電源中也使用這種輸入浪涌電流限制器，則如前文所述，后果恰恰相反，不但起不到限流作用，反而會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)峰值輸入浪涌電流。故我們今天只討論開關(guān)電源浪涌電流的產(chǎn)生和消除，變壓器電源不在論述范圍。

2 軟啟動(dòng)電路電氣工作原理
如果采用我們今天設(shè)計(jì)的“軟啟動(dòng)電路”來消除開關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流，可以很好地避免上述傳統(tǒng)浪涌電流限制方法的缺點(diǎn)。通過“軟啟動(dòng)”來控制開關(guān)電源的啟動(dòng)以消除浪涌電流，包含這樣兩條設(shè)計(jì)原則：即在加電瞬間除去負(fù)載、同時(shí)限制有用的電流。如果不驅(qū)動(dòng)負(fù)載，開關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)一般電流很小。在很多情況下，啟動(dòng)電流實(shí)際有可能要比利用這種方法保持的穩(wěn)態(tài)工作電流小。