造成系統(tǒng)毀損及耗能的浪涌電流

星期六的下午陽光透過房間的窗戶，光線折射在雪花窗欞，溫暖的金黃色的陽光舒服地灑在臉上，躺在柔軟沙發(fā)上度過一個下午，許久沒有如此自在，突然遠處的手機響起，還在思考要不要接時，萬萬沒想到來電顯示的是國外技術(shù)服務(wù)經(jīng)理，鐵定是急事，接聽下果然有大事不妙，我們的產(chǎn)品開機導(dǎo)致系統(tǒng)其它設(shè)備重新啟動。

左思右想一定是系統(tǒng)內(nèi)無熔絲開關(guān)容量過少，建議在安全規(guī)格內(nèi)加大無熔絲開關(guān)容量，問題暫時解決了隔天進入辦公室先量測一下產(chǎn)品的浪涌電流（inrush current），果然如圖1不是理想， 顯示瞬間浪涌電流是44安培， 雖然inrush current沒有硬性國際規(guī)范限制，但終就需研究一下各家設(shè)計，以及一些特定業(yè)別應(yīng)用的場地注意事項及限制在此分享給各位讀者。

圖一 ： 顯示瞬間浪涌電流為44安培

何謂浪涌電流（inrush current）

浪涌電流（inrush current）是一種電源啟動時產(chǎn)生的峰值電流（spike of current）。圖2是一種典型的直流對直流的電源系統(tǒng)。

EMI濾波器輸入線路端包含了一些電容，同樣直流－直流轉(zhuǎn)換器在輸入和輸出端也含有電容，負載端有可能含有其它的附加電容及雜散電容。當(dāng)電源啟動時電流對其電容充電的瞬時至穩(wěn)態(tài)電壓的電流即稱為浪涌電流（Inrush Current）。在電容器前端沒有連接任何阻尼時交流或者直流電網(wǎng)瞬間造成電容器類似短路效果當(dāng)然瞬間浪涌電流也會導(dǎo)致電容器的壽命減損。

圖二 ： 典型直流對直流的電源系統(tǒng)

一般電源器首重其保護裝置，電流保護組件即俗稱的保險絲，在應(yīng)用上可細分為一次或多次型保險絲（One Time or Resettable fuse）。其工作原理乃是利用電流之焦耳定律：

圖三 ： 焦耳定律

將電流轉(zhuǎn)換為熱量，此熱量則提供融斷保險絲內(nèi)之金屬層能量使電路開路，進而保護后端組件之安全性，一般小電流之保險絲其瓶頸在于如何克服浪涌電流（Inrush Current），為了避免開機之浪涌電流對保險絲造成永久破壞，建議采用適當(dāng)?shù)碾娐穪斫档屠擞侩娏鳎╥nrush current）。

據(jù)PC的電源為例，假設(shè)其功率為300瓦，效率為90%，如果沒有任何限制浪涌電流（Inrush Current）的組件設(shè)計。那么輸入電流的路徑是電源110V經(jīng)過整流二極管再充電至電容，依電源110V當(dāng)輸入電壓在峰值的短暫時間。

簡單的用奧姆定律來說I=V/R。

V峰值=110*根號2=110*1.414=155.5V。

R值為總網(wǎng)絡(luò)阻抗，包含整流二極管的動態(tài)等效阻抗，電容的等效阻抗（ESR）。

假設(shè)整流二極管的動態(tài)等效阻抗大約是0.1奧姆來算，電容的等效阻抗（ESR）大約是2奧姆來算。

于是I=V/R=155.5/（2+0.1）=74A其瞬間浪涌電流為74A，假設(shè)其t=0.05sec Inrush current =74A。你所使用的保險絲需滿足下列焦耳公式：

代入焦耳公式得到的答案等同0.037度，啟動時瞬間耗電量約0.037度，相當(dāng)于連續(xù)使用12秒之電量，自然會減少產(chǎn)品的壽命。

計算出來的值焦耳可以用查表如表1的方式來找到適合的保險絲，為了滿足浪涌電流（inrush current）的前題其值遠超過穩(wěn)態(tài)電流（nominal current），可能造成電源有異常時因選擇的保險絲容值超過輸入穩(wěn)態(tài)電流（nominal current） 均值而無法實時切斷（Cut-off） 電源，造成后端組件之永久毀損。

圖四 ： 一般保險絲容？選擇表（注1），注1： 本表取自littlefuse產(chǎn)品官網(wǎng)（ http://www.littelfuse.com/）

浪涌電流波形 （Inrush Current Waveform）

浪涌電流波形圖4是一個典型的浪涌電流（Inrush current）波形。它有兩個尖峰。

第一個浪涌尖端電流峰值是輸入電壓電源（input voltage source） 啟動時產(chǎn)生的。這個峰值電流流入EMI濾波器電容和直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸入端電容，并被充電至穩(wěn)態(tài)值（steady state value）。

第二個是電流峰值是直流－直流轉(zhuǎn)換器啟動時產(chǎn)生的。這個峰值電流通過直流－直流電源變壓器流入到輸出端電容器和所有負載電容，充電至穩(wěn)態(tài)值。

圖五 ： 典型的浪涌電流波形

限制浪涌電流方式

一般限制浪涌電流的方式有二種：

第一種方式常使用于傳統(tǒng)限制浪涌電流，即被動式限制浪涌電流（Passive Inrush Limiting）。本方法就是在電容前面串聯(lián)一系列組件。如圖5前端的示意圖。串聯(lián)熱敏電阻R1將限制輸入電流，直至輸入電容被充滿。隨后繼電器S1閉合，使電流全部流向下級直流-直流轉(zhuǎn)換器。