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什么是浪涌电流?该如何应对?

什么是浪涌电流?该如何应对?

2020-11-10 19:06

浪涌电流是电源或电气设备在接通时消耗的瞬时高输入电流。这是由于为电容器和电感器或变压器充电需要很高的初始电流。浪涌电流也称为接通浪涌或输入浪涌电流。

开关电源的浪涌电流波形图

浪涌电流波形图

上图是一个典型的浪涌电流(Inrush current)波形。其中第一个浪涌尖端电流峰值是输入电压电源启动时产生的。这个峰值电流流入EMI滤波器电容和直流-直流转换器的输入端电容,并被充电至稳态值。第二个是电流峰值是直流-直流转换器启动时产生的。这个峰值电流通过直流-直流电源变压器流入到输出端电容器和所有负载电容,充电至稳态值。

浪涌电流怎么测量?

1.使用R&S示波器搭配电流探头可以测量到浪涌电流。

2.使用Chroma的交流电源自身的测量功能来做浪涌电流的测试。

3.一般功率计或者功率分析仪具有浪涌电流的测试功能。   

浪涌电流会造成什么样的后果?

线路接通时,电源中的放电电容器提供低阻抗,当它们从零充电至最大值时,允许大电流流入电路。这些电流可能高达稳态电流的20倍。即使它仅持续约10毫秒,它仍需要30到40个周期才能使电流稳定到正常工作值。如果没有限制,那么大电流除了会在电源线上产生电压骤降之外,还会损坏设备,并导致由同一电源供电的其他设备发生故障。

常用抑制浪涌电流的方法:

1.串联电阻

在做小功率的开关电源时,直接使用功率电阻限制浪涌电流。

优点:

电路简单、成本低、对浪涌电流的的限制方面几乎不受高低温的影响

缺点:

由于高功耗和串联电阻的损耗导致效率低下,该方法只适用于较小功率电源。

2.串联负温度系数热敏限流电阻器(ntc)

开关电源抑制浪涌电流的一种方法

串联负温度系数热敏限流电阻器ntc无疑是目前为止最简单的抑制输入浪涌电流的方法。因为ntc电阻器会随温度升高而降低。在开关电源起动时,ntc电阻器处于常温,有很高的电阻,可以有效地限制电流;而在电源起动之后,ntc电阻器会由于自身散热而迅速升温至约110℃,电阻值则减少到室温时的约十五分之一,减少了开关电源正常工作时的功率损耗。

优点:

电路简单实用、成本低

缺点:

(1)ntc电阻器的限流效果受环境温度影响较大:如果在低温(零下)起动时,电阻过大,充电电流过小,开关电源可能无法起动;如果在高温起动,电阻器的阻值过小,则可能达不到限制输入浪涌电流的效果。

(2)限流效果在短暂的输入主电网中断(约几百毫秒数量级)时只能部分地达到。在这个短暂的中断期间,电解电容器已被放电,而ntc电阻器的温度仍很高,阻值很小,在需要电源马上重新起动时,ntc无法有效地实现限流作用。

(3)ntc电阻器的功率损耗降低了开关电源的转换效率。

3.NTC热敏电阻与普通功率电阻并联

常温起机时,功率电阻与热敏电阻并联后的阻值来限制浪涌电流,在低温起机时NTC热敏电阻的阻值急剧升高但功率电阻阻值基本是不变的能保证低温启动,不过在高温实验时浪涌电路也很大。

优点:

简单实用、对于常温和低温起机时效果不错

缺点:

效率影响较大

高温浪涌电流大

4.有源电路

有源电路包括电阻器,晶体管,三端双向可控硅开关元件或晶闸管以及控制电路以驱动开关设备。这些适用于需要热重启功能的应用程序。

总结:保护方法的选择取决于浪涌电流的频率,成本,设备功率水平,预期的可靠性和性能。NTC热敏电阻被广泛用作限制装置,并且与有源电路相比,由于其简单的设计和低成本而被首选,但是它具有一些缺点,使其不适合在极端天气条件下或敏感应用中使用。

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