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dc/dc电源模块冲击电流的限制方法

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2020-06-09

开关电源的输入一般有滤波器来减小电源反馈到输入的纹波,输入滤波器一般有电容和电感组成π形滤波器,输入分别有ac/dc电源模块输入电路和dc/dc电源模块输入电路俩种。

 

由于电容器在瞬态时可以看成是短路的,当开关电源上电时,会产生非常大的冲击电流。冲击电流的幅度要比稳态工作电流大很多,如对冲击电流不加以限制,不但会烧坏保险丝,烧毁接插件,还会由于共同输入阻抗而干扰附近的电器设备。下面谈下俩种限制dc/dc电源模块冲击电流的方法。

 

1、长短针法

 

长短针法冲击电流限制电路如上图所示:dc/dc电源板插入时,长针接触,输入电容c1通过电阻r1充电,当电源板完全插入时,电阻r1被断针短路。c1代表dc/dc电源的所有电容量。

 

方法缺陷是插入的速度不能控制,如插入速度过快,电容c1还没充满电时,短针就已经接触,冲击电流的限制效果就不好。也可用热敏电阻法来限制冲击电流,但由于dc/dc电源的输入电压较低,输入电流较大,在热敏电阻上的功耗也较大,一般不用这种方法。

 

2有源冲击电流限制法

利用mos管控制冲击电流可以克服无源限制法的缺陷。mos管有导通阻抗rds_on低和驱动简单的特点,在周围加上少量元器件就可以做成冲击电流限制电路。mos管是电压控制器件,其极间电容等效电路如下图所示:

 

带外接电容c2nmos管极间电容等效电路mos管的极间电容栅漏电容cgd、栅源电容cgs、漏源电容cds可以由公式确定公式中mos管的反馈电容crss输入电容ciss和输出电容coss的数值在mos管的产品技术手册上可以查到。公式如下:

 

电容充放电快慢决定mos管开通和关断的快慢,为确保mos管状态间转换是线性的和可预知的,外接电容c2并联在cgd上,如果外接电容c2mos管内部栅漏电容cgd大很多,就会减小mos管内部非线性栅漏电容cgd在状态间转换时的作用。外接电容c2被用来作为积分器对mos管的开关特性进行精确控制,控制了漏极电压线性度就能精确控制冲击电流。

 

如上图所示:基于mos管的自启动有源冲击电流限制法电路。mosq1放在dc/dc电源模块的负电压输入端,在上电瞬间,dc/dc电源模块的第1脚电平和第4脚一样,然后控制电路按一定的速率将它降到负电压,电压下降的速度由时间常数c2*r2决定,这个斜率决定了最大冲击电流。

 

d1用来限制mosq1的栅源电压元器件r1,c1d2用来保证mosq1在刚上电时保持关断状态。上电后,mos管的栅极电压要慢慢上升,当栅源电压vgs高到一定程度后,二极管d2导通,这样所有的电荷都给电容c1以时间常数r1×c1充电,栅源电压vgs以相同的速度上升,直到mosq1导通产生冲击电流。其中vthmosq1的最小门槛电压,vd2为二极管d2的正向导通压降,vplt为产生iinrush冲击电流时的栅源电压。vplt可以在mos厂商所提供的产品资料里找到。

 

漏极击穿电压vds必须选择vds比最大输入电压vmax和最大输入瞬态电压还要高的mos管,对于通讯系统中用的mos管,一般选择vds100v稳压管d1是用来保护mosq1的栅极以防止其过压击穿,显然mosq1的栅源电压vgs必须高于稳压管d1的最大反向击穿电压。一般mos管的栅源电压vgs20v推荐12v的稳压二极管。

 

其中poutdc/dc电源的最大输出功率,vmin为最小输入电压,η为dc/dc电源在输入电压为vmin输出功率为pout时的效率。η可以在dc/dc电源商所提供的数据手册里查到。mos管的rds_on必须很小,它所引起的压降和输入电压相比才可以忽略。

 

该方法优点为功耗低,常温、低温、高温对浪涌电流的限制效果都特别好。缺点为体积大、成本高。


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