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浪涌電流有點(diǎn)高？我來(lái)給你支支招！

時(shí)間：2021-09-30 14:13:41
關(guān)鍵字： 浪涌電流   
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說(shuō)到電流相信每個(gè)人都不陌生，雖然它看不見摸不到，但與我們的生活工作都息息相關(guān)，我們平時(shí)用的家用電器，工作的時(shí)候都會(huì)有電流產(chǎn)生，工作中用到的萬(wàn)用表，示波器，都能夠用來(lái)測(cè)量電流，把看不見摸不到的電流通過(guò)其他的方式表達(dá)出來(lái)。
那什么又是浪涌電流呢？下面我們就一起來(lái)學(xué)習(xí)了解一下什么是浪涌電流！本文介紹的內(nèi)容，相當(dāng)基礎(chǔ)，對(duì)初學(xué)者會(huì)有一定幫助，大佬請(qǐng)自行跳過(guò)，其實(shí)我的想法也很簡(jiǎn)單，大家都是從最開始的小白逐漸成長(zhǎng)起來(lái)的，我希望我寫的這些基本的內(nèi)容能給一些人帶來(lái)幫助，也希望我們每個(gè)人都能成為身體很勤奮，思維不懶惰的新時(shí)代國(guó)家棟梁之才。言歸正傳，我相信大家應(yīng)該都知道，所有電源的啟動(dòng)電流都高于其工作電流，這個(gè)電流就是浪涌電流，這是由于幾個(gè)因素重疊造成的–輸入電路和EMC濾波器中的各種電容正在充電，輸出濾波器電容器也正在通電。那么這時(shí)候你可能會(huì)有疑問(wèn)，為啥電容充電會(huì)造成很大的電流從出現(xiàn)呢？其實(shí)原理很簡(jiǎn)單，在我之前寫的帖子中對(duì)電容的充放電就做了介紹，很多新手在研究電容的時(shí)候，在網(wǎng)上查閱相關(guān)資料的時(shí)候，會(huì)看到網(wǎng)上這么寫到，在直流電路中，電容相當(dāng)于斷路，但是你有沒(méi)有想過(guò)電容為什么會(huì)相當(dāng)于斷路？其實(shí)在電容斷路的之前，電容進(jìn)行了充電操作，在電容充電的時(shí)候其實(shí)電容相當(dāng)于短路狀態(tài)，電容只有在充滿電之后才會(huì)相當(dāng)于斷路狀態(tài)，正是因?yàn)槌潆姇r(shí)，相當(dāng)于短路，時(shí)間很短，所以電路中才會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電流。這個(gè)時(shí)候滿足電容的充電電流公式：式中，Iin(t)為電容電流(隨時(shí)間變化)，Vin為電源電壓，R為電源輸出電阻加上電容的ESR和任何互連電阻，C為輸入電容。在t=0時(shí)，指數(shù)是統(tǒng)一的，因此對(duì)輸入電流的唯一限制是電阻R和電源的電流能力。下面我們來(lái)實(shí)際看看功率變換其中的浪涌電流的表現(xiàn)，功率轉(zhuǎn)換器中的浪涌電流通常非常短，但明顯高于工作電流，一般的 DC DC電路輸入輸出結(jié)構(gòu)如下：（在這里只是簡(jiǎn)單示意，大家理解就好）下圖展示了實(shí)際的DC-DC轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)示波器軌跡，該轉(zhuǎn)換器在正常的工作狀態(tài)下是輸入電壓12V，正常的工作電流為1.6A左右，但在啟動(dòng)期間消耗18.6A的峰值浪涌電流比正常運(yùn)行期間高12倍。如果系統(tǒng)中存在過(guò)電流保護(hù)機(jī)制的話，就會(huì)造成系統(tǒng)停止工作了。（其實(shí)圖中電路已添加了部分浪涌抑制電流，不加的話浪涌電流肯定會(huì)更高）如果你手頭有相關(guān)產(chǎn)品的話，你也可以親自測(cè)量一下，實(shí)踐出真知，要想進(jìn)步，就要學(xué)會(huì)不斷的摸索，研究，并付諸于實(shí)踐，嘿嘿！那么面對(duì)系統(tǒng)中的浪涌電流我們采用哪些辦法能減小浪涌電流呢？下面我們就來(lái)簡(jiǎn)單介紹幾種減小浪涌電流的方法，在這里我以DC-DC電路為例來(lái)進(jìn)行分析：
1.??應(yīng)用電感限制浪涌

上圖是一個(gè)簡(jiǎn)單的DC-DC電路框圖，由于只為了研究浪涌電流，所以很多器件我們都省略沒(méi)有畫出，就畫了一個(gè)簡(jiǎn)單的示意圖來(lái)說(shuō)明問(wèn)題，我們?cè)陔娐分锌赡芙?jīng)常碰到向上圖中這種DC-DC前端應(yīng)用這個(gè)LC濾波電路的這種做法，LC電路在一方面具有濾波的作用，在另一方面，由于電感的存在，實(shí)際上它限制了一部分浪涌電流，像圖中所示，電容C2以及變換器中的電容C3，全部在電感之后，這兩個(gè)電容充電產(chǎn)生的浪涌電流全部被電感L限制。你一定會(huì)問(wèn)為什么電感能限制浪涌電流呢？
電感的電流是不能突變的，從電感中的電流變化時(shí)，在電感中要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來(lái)解釋：這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=-Ldi/dt，即與電流隨時(shí)間的變化率di/dt呈正比。如果電流發(fā)生突變了，就是說(shuō)電流隨時(shí)間的變化率di/dt將是無(wú)限大，其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也將是無(wú)限大，而這是不可能的，所以電流隨時(shí)間的變化率di/dt只能是確定的數(shù)值，就是說(shuō)電流只能逐步地（或快或慢地）增長(zhǎng)，而不能突變，從而起到了限制浪涌電流的作用。電感限制浪涌電流有一定的缺點(diǎn)，如果是功率較大的系統(tǒng)，電感尺寸會(huì)變大，價(jià)格會(huì)有一些昂貴，所以應(yīng)用時(shí)也應(yīng)該綜合考慮一下。
2.??MOSFET開關(guān)管浪涌保護(hù)
以上這種由MOSFET組成的延時(shí)電路在抑制浪涌電流的做法也經(jīng)常用到，如上圖所示：后端的電容在電源開關(guān)導(dǎo)通的瞬間都需要充電，所以瞬間的浪涌電流會(huì)很大，圖中在電源回路中添加了一個(gè)N MOSFET的話，由于在MOS管的GS并聯(lián)了一個(gè)電容C1,所以它兩端的電壓只能逐漸增加，所以MOS管也是逐漸導(dǎo)通的，由上面的公式我們可以得出，延時(shí)導(dǎo)通，能夠有效的減小開機(jī)瞬間產(chǎn)生的浪涌電流，當(dāng)電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，MOS管的,D,S極將始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，電路進(jìn)行正常工作，小伙伴們可能會(huì)問(wèn)ZD1在電路中是起到什么作用呢？其實(shí)很簡(jiǎn)單，它是將GS電壓牽制在一個(gè)安全的范圍內(nèi)，防止MOS G,S極被擊穿的。
3.??熱敏電阻抑制浪涌電流
如上圖所示，在電路中串聯(lián)一個(gè)熱敏電阻NTC無(wú)疑也是降低浪涌電流的一個(gè)好方法，為什么這么說(shuō)呢？聽我給你慢慢解釋一下，首先NTC在剛開始電路沒(méi)有進(jìn)行工作的時(shí)候，那么這個(gè)時(shí)候?qū)儆诔氐臓顟B(tài)，那么在這個(gè)時(shí)候呢常溫狀態(tài)下NTC的電阻阻值很高，那么在開關(guān)啟動(dòng)的瞬間，雖然后面的電容充電產(chǎn)生了很大的電流，但由于有該電阻的存在，將電流進(jìn)行了很好的限制，當(dāng)電路運(yùn)行一段時(shí)間后呢，溫度升高，那么這個(gè)時(shí)候NTC的阻值會(huì)隨著溫度的升高而降低，這是NTC電阻的特性，如果小伙伴不知道的話，可以自己去百度科普一下，這里就不做介紹了，我們當(dāng)然希望這個(gè)時(shí)候電阻越低越好，因?yàn)槲覀兛隙ú幌Ｍ捎谶@個(gè)電阻的存在而影響了我們電路的功率損耗，你說(shuō)對(duì)不對(duì)！這種方案很簡(jiǎn)單，成本低，優(yōu)勢(shì)明顯，但同時(shí)也有它的弊端，假設(shè)我們?cè)跍囟葮O低以及極高的環(huán)境中這么應(yīng)用的話，很明顯就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，在溫度極低的環(huán)境中啟動(dòng)電源，電阻阻值過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗過(guò)高，也可能造成無(wú)法正常啟動(dòng)電源，相反在溫度極高的環(huán)境中啟動(dòng)電源，電阻阻值過(guò)低，那么就起不到限制浪涌電流的目的了。這個(gè)時(shí)候小伙伴們是不是還能想到它另外一個(gè)弊端？其實(shí)也是一樣的道理，比如電源在接通一段時(shí)間后，需要重啟呢？那這個(gè)時(shí)候NTC電阻也處于高溫的狀態(tài)下，同樣也不能達(dá)到我們的目的了。以上我總結(jié)的一些抑制電路浪涌電流的方法，可能還有許多其他優(yōu)秀的方案，也希望大家能夠提出來(lái)一起研究討論，如果我講的有哪些不對(duì)的，也請(qǐng)大家及時(shí)指出，相信大家也都能看出，其實(shí)每種方案都有它特有的優(yōu)勢(shì)也有相應(yīng)的劣勢(shì)，每個(gè)方案他都不是十全十美的，作為優(yōu)秀工程師的你們一定能在實(shí)際情況中多多考慮，選出最優(yōu)方案。
最后送上一句微語(yǔ)：雖然未來(lái)總是未知，但只要你肯努力，你想要的，歲月都會(huì)給你。版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除。出品?21ic論壇? ?火星國(guó)務(wù)卿
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