一種新型浪涌電流限制器

摘要：指出了功耗大、二次浪涌和功能不動作是傳統限制浪涌電流方法的缺陷。提出了一種限制浪涌電流的新方法。最新的浪涌電流限制器件--KJH浪涌電流限制器，限制浪涌電流僅比正常工作電流峰值大1～2倍。特別適合要求嚴格的工業系統和軍事系統。

關鍵詞：浪涌電流；二次浪涌電流；限制器；功能不動作

引言

在AC/DC變換器啟動瞬間，因對濾波電容器充電會產生一個很大的浪涌電流，它比系統正常工作電流大幾倍乃至幾十倍。浪涌電流會嚴重污染供電網絡，影響其它電子設備的正常運行。有時會損壞電源開關、熔斷器、EMI濾波器、整流橋、濾波電容，甚至印刷電路板等元器件。有時雖然看不到顯性損壞，但是隱性損壞降低了設備的可靠性，這是更為糟糕的事情。為了改進開關電源的輸入特性，提高其可靠性，減少對電網的污染，改善電子設備的使用環境，必須對浪涌電流加以限制。傳統的限制浪涌電流的方法存在功耗大，二次浪涌，以及瞬時斷電的功能不動作等問題。新型浪涌電流限制器件--KJH型浪涌電流限制器從根本上解決了這些問題。

1 限制浪涌電流的傳統方法及其存在的問題

1.1 傳統方法

眾所周知，在AC/DC變換器上電時，只要增加濾波電容C充電回路的環路電阻就可以減小浪涌電流。傳統的方法有二種：

1）在回路中串聯一個適當的電阻（把電阻換成負溫度系數熱敏電阻是一種改進），既可以把浪涌電流限制在可接受的范圍內，又不影響變換器的正常工作；

2）在回路中串聯一個電阻與一對觸點相并聯的組合，使在上電時觸點斷開，電阻串聯在環路中起到限制浪涌電流的作用，待電源進入某種狀態時觸點接通，將電阻短路減小功耗，保證電源的正常工作。

特別值得一提的是ST公司推出的STIL02器件[1]，它是利用負溫度系數熱敏電阻與半橋轉換開關組合來完成限制浪涌電流的功能。

1.2 存在問題

1.2.1 二次浪涌電流

如圖1所示，我們把開關電源上電時的浪涌電流稱為一次浪涌電流，把觸點K接通時產生的浪涌電流稱為二次浪涌電流。

當300V直流電壓加到輸入端時，電容器C以時間常數τ=R1C充電，最大的一次浪涌電流ISM=300V/100Ω=3A，穩態時VC=200V，VR1=100V。當K接通時，R1被K短路，100V的躍變電壓直接加在電容器C的兩端，就產生了二次浪涌電流。因為沒有任何有效的電阻限流，二次浪涌電流會很大。為了兼顧一次浪涌電流和二次浪涌電流的均衡，一般R1的數值都不會很大。在幾百W的電源（交流220V輸入）中，R1取值為幾Ω～十幾Ω，保證電源的浪涌電流在30A左右。

1.2.2 重復上電和功能不動作

在傳統方法中，負溫度系數熱敏電阻的散熱或并聯的觸點通斷都需要一定的反應時間。一般情況下，當輸入電源跌落與瞬時斷電時，為防止浪涌電流限制器的功能不動作，須規定開關電源通斷的重復時間，否則，可能會因為功能不動作造成電源的損壞。

2 KJH型浪涌電流限制器

KJH型浪涌電流限制器是限制開關電源浪涌電流的專用器件，是全新概念的限制浪涌電流的方法。其限流電阻的阻值是漸變的，而不是像傳統方法中的階躍方式。

2.1 工作原理

KJH型浪涌電流限制器的原理框圖如圖2所示。其工作過程和信號流向如下：當A、B端輸入上電信號，檢測單元②立即使時序電路⑥進入啟動程序，啟動驅動單元④，使執行單元⑤的電阻值由大逐漸變小，從而達到限制浪涌電流和保證電源正常工作的目的。當A、B端輸入掉電信號，則檢測單元②使時序電路⑥轉入復位程序，復位電路⑦工作，使驅動單元④和執行單元⑤立即復位，電阻值立即變大，等待下一次上電，重復前一次上電時經歷的過程。

其原理電路如圖3所示，用一只（或一組）晶體三極管（執行單元）串聯在濾波電容器充電回路中，其導通狀態用一個由交流輸入端控制的時序電路控制，即上電的初始瞬間晶體三極管處于微導通狀態，在充電回路中呈現較大電阻值，然后逐漸使晶體三極管導通以至飽和，使其在回路中呈現電阻值很小，以保證電源的性能。對作為執行單元的晶體三極管要求如下：

1）能耐受浪涌電流的沖擊；

2）能充分吸收浪涌電流攜帶的能量；

3）其阻值變化（導通狀態）與濾波電容的充電狀態相協調；

4）進入穩態時其阻值應盡量小。

由上可見，KJH型浪涌電流限制器實際上是一個功率型電子電位器，是一種純電阻性器件。開關電源上電時，電子電位器呈現較大的阻值，將浪涌電流限制在一個比較理想的數值上。隨著濾波電容C的不斷充電，電子電位器的阻值逐漸減小，穩態時其阻值達到最小值，保證了開關電源的正常工作。KJH型模塊有4個引腳：2個交流輸入端和"＋"、"－"2個輸出端。

2.2 應用電路

KJH型浪涌電流限制器的應用電路如圖4（推薦）和圖5所示。沒有任何外接元件，只要把模塊的四個引腳按圖接入電路，不用調試即可正常工作。圖4電路可以單只應用也可以多只應用。在多只應用時要求濾波電容C和模塊功率進行合理分配（大電容配大功率模塊）。

2.3 特點

1）限制浪涌電流效果好由于沒有二次浪涌電流的問題，允許初始上電時浪涌電流限制器的阻值比較大，因此，浪涌電流可以限制得比較小，僅比正常工作電流的峰值大1～2倍，甚至更小。

2）不會出現功能不動作狀態浪涌電流限制器的控制端信號與輸入電壓同步，得電即開始工作，失電即復位。

3）功耗小浪涌電流限制器的阻值變化范圍是上電時幾十Ω至數百Ω，電源進入穩態時只有零點幾Ω，所以，KJH型浪涌電流限制器工作時發熱很少，500W以下的模塊不需要專門的散熱器。

4）允許重復上電從電路工作原理上說輸入電壓的通斷是不受限制的。但是，由于浪涌電流限制器在電路中承擔吸收浪涌電流的所有能量，輸入電壓每一次接通都會儲存一定的熱量使模塊溫度升高，故允許的重復上電的次數和間隔時間是由器件的溫升決定的。電源功率越大和濾波電容C值越大，允許的重復上電次數越少，要求的間隔時間越長。KJH型浪涌電流限制器模塊的最新產品允許不受間隔時間限制地連續重復上電3～5次（功率越大次數越少）不會造成模塊本身的損壞。這對于解決各種實用系統的開關抖動、誤操作、輸入電壓跌落與瞬時斷電是非常必要的，也是足夠的了。

5）使用簡單不需調試沒有外接元件，接入電路即可正常工作。

6）體積小、模塊化、可靠性高，可適應惡劣環境工作。

2.4 主要技術參數

在輸入電壓220V、50Hz，環境溫度T=25℃時的主要技術參數見表1。

表1 KJH型主要技術參數

型號,輸出功率/W,外接電容/μF,浪涌電流/A,電壓降/V,外形尺寸/mmmmmm

3 結語

KJH型浪涌電流限制器是純電阻性器件，不會對開關電源的其他部分產生不利影響。不需任何外接元件，按要求將模塊的4個引腳接入電路，不用任何調試即可正常工作。體積小，模塊化，可靠性高，能適應各種惡劣環境，特別適合要求嚴格的工業系統和軍用系統。