金升阳 | 输入冲击电流抑制电路设计

2023-08-25 15:02:11 139 0 0 金升阳 , 电路设计

设计出合适的输入冲击电流抑制电路，可以有效的避免设备接通瞬间前端设备触发保护而停止工作，从而提高系统的可靠性。

· 引言

在开关电源的输入端存在容量较大的电容，由于电容两端电压不能突变的特性，设备接通瞬间电容相当于短路，这就导致开关电源输入回路在接通瞬间有很大的冲击电流，当输入冲击电流过大时，可能触发前端供电设备的过流保护或前端空气开关、断路器等跳闸保护。因此设计出合适的输入冲击电流抑制电路，可以有效的避免设备接通瞬间前端设备触发保护而停止工作，从而提高系统的可靠性。

关键词：输入冲击电流、电源、可靠性、电路对比

常见方式

常见输入冲击电流抑制原理介绍：

一般是设备接通时在输入回路中接入一定阻抗R1，进行限流式输入冲击电流抑制，抑制的最大电流值为Is≈Vin/R1（Vin为输入端的电压），使其低于前端供电设备的过流保护值或前端空气开关、断路器等动作保护值，避免触发保护而影响系统的可靠性；设备接通后，开关电源的输入端电容电压达到Vin，此时撤销或减少输入回路中的阻抗R1，提高系统的效率。

以下介绍几种目前常见的输入冲击电流抑制电路方案及优劣分析：

方案 0 1

串入热敏电阻

该方案是在输入回路串入负温度系数热敏电阻，这种方式元器件数量少、原理简单、成本低。

工作原理分析：

设备接通前热敏电阻未流过电流，温度较低，阻值较大，设备接通瞬间相当于输入回路串入较大阻抗，能够有效抑制输入冲击电流峰值；设备接通后，热敏电阻流过电流而发热，阻值减小，降低正常工作时的损耗。

优缺点分析：

方案 0 2

串入再并联水泥电阻

该方案是在方案一电路的基础上进行了改动，在负温度系数热敏电阻上并联一个水泥电阻，改善低温启机不良的问题。

工作原理分析：

低温时，热敏电阻NTC与水泥电阻R1并联，避免热敏电阻NTC在低温阻值过大导致电源限流而启机不良；高温时热敏电阻阻值下降，降低正常工作时的损耗。

优缺点分析：

方案 0 3

串入MOS管

该方案是在输入回路串入MOS管（需外加控制电路），利用MOS的可变电阻区进行电流抑制，适用小功率输入冲击电流抑制。

工作原理分析：

设备接通时输入回路中的MOS管通过控制电路控制进入可变电阻区，利用可变电阻有效抑制输入冲击电流峰值；设备接通后，MOS管正常导通降低损耗。

优缺点分析：

以上三种方案中：方案一以及方案二均利用热敏电阻实现输入冲击电流抑制，在大电流下热敏电阻会存在一定的损耗，高温下失效且二次启机时需要热敏电阻冷却后才能恢复输入冲击电流抑制作用；而方案三利用MOS管可变电阻区实现输入冲击电流抑制，但适用抑制输入冲击电流范围窄。

而在针对以上温度失效以及抑制输入冲击电流范围窄问题有以下可行方案：

方案 0 4

串入冲击电流抑制电路

该方案是在输入回路串入冲击电流抑制电路，由mos管、水泥电阻及控制电路组成，可以有效地解决温度失效以及抑制输入冲击电流范围窄问题。

工作原理分析：

设备接通时输入回路中的MOS管TR1处于关闭状态，输入冲击电流通过水泥电阻R1有效抑制；设备接通后后端开关电源正常工作时，MOS管开通，水泥电阻被切出主功率回路，降低损耗。

优缺点分析：

总结

输入冲击电流抑制电路方案汇总：

从以上四种常用电路方案的原理以及优缺点分析来看，方案一以及方案二元器件数量少、原理简单、成本低，对温度以及损耗要求不高的工况下可使用；方案三适用范围较窄，可使用在对温度要求高的小功率产品上；方案四成本较高，控制复杂，需要一定布板空间，但优势也很明显，具有损耗小，无温度失效，二次启机间隔时间短以及抑制输入冲击电流范围宽可调等优势。