在開關(guān)電源的運(yùn)行過(guò)程中，啟動(dòng)浪涌電流是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。它不僅可能導(dǎo)致電源內(nèi)部元器件損壞，還會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成干擾，影響其他用電設(shè)備的正常工作。因此，深入研究抑制開關(guān)電源啟動(dòng)浪涌電流的方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、開關(guān)電源啟動(dòng)浪涌電流的產(chǎn)生原因

開關(guān)電源在剛接通電源的瞬間，會(huì)產(chǎn)生遠(yuǎn)大于額定工作電流的啟動(dòng)浪涌電流。這主要是由以下幾方面原因造成的。首先，開關(guān)電源中的濾波電容在通電瞬間相當(dāng)于短路狀態(tài)，此時(shí)會(huì)有很大的充電電流流入電容，從而形成浪涌電流。其次，變壓器等感性元件在通電瞬間，由于磁芯處于未磁化狀態(tài)，初始磁導(dǎo)率較低，會(huì)產(chǎn)生較大的勵(lì)磁電流，這也會(huì)加劇浪涌電流的大小。另外，電源啟動(dòng)時(shí)，功率開關(guān)管等器件的導(dǎo)通特性以及電路中的分布參數(shù)等因素，也會(huì)對(duì)浪涌電流的產(chǎn)生起到一定的推動(dòng)作用。

二、傳統(tǒng)抑制開關(guān)電源啟動(dòng)浪涌電流的方法

(一)串聯(lián)電阻法

串聯(lián)電阻法是一種較為簡(jiǎn)單、成本較低的抑制浪涌電流的方法。其原理是在開關(guān)電源的輸入回路中串聯(lián)一個(gè)功率電阻，在電源啟動(dòng)初期，該電阻能夠起到限流作用，抑制浪涌電流的峰值。當(dāng)電源啟動(dòng)完成，濾波電容充電到一定電壓后，通過(guò)繼電器或晶閘管等開關(guān)器件將串聯(lián)電阻短路，以避免電阻在正常工作時(shí)產(chǎn)生過(guò)多的功率損耗。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，成本較低。然而，它也存在一些不足之處。一方面，串聯(lián)電阻在抑制浪涌電流的過(guò)程中會(huì)消耗一定的功率，導(dǎo)致電源效率降低，尤其是在大功率開關(guān)電源中，功率損耗更為明顯。另一方面，繼電器或晶閘管等開關(guān)器件的動(dòng)作需要一定的時(shí)間和控制信號(hào)，若控制不當(dāng)，可能會(huì)在開關(guān)動(dòng)作瞬間產(chǎn)生新的浪涌電流。

(二)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)法

負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)的阻值會(huì)隨著溫度的升高而減小。在開關(guān)電源的輸入回路中串聯(lián)一個(gè) NTC 熱敏電阻，在電源啟動(dòng)初期，NTC 熱敏電阻的溫度較低，阻值較大，能夠有效抑制浪涌電流。隨著電流的通過(guò)，NTC 熱敏電阻的溫度逐漸升高，阻值不斷減小，從而減少了正常工作時(shí)的功率損耗。

NTC 法的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需額外的控制電路，成本相對(duì)較低，且在抑制浪涌電流的同時(shí)，對(duì)電源的正常工作影響較小。但是，NTC 熱敏電阻的阻值恢復(fù)需要一定的時(shí)間，如果開關(guān)電源在短時(shí)間內(nèi)頻繁啟停，NTC 熱敏電阻的阻值可能無(wú)法及時(shí)恢復(fù)到初始狀態(tài)，導(dǎo)致浪涌電流抑制效果下降。此外，NTC 熱敏電阻的額定電流和阻值需要根據(jù)開關(guān)電源的具體參數(shù)進(jìn)行合理選擇，否則可能無(wú)法達(dá)到理想的浪涌電流抑制效果。

三、新型抑制開關(guān)電源啟動(dòng)浪涌電流的方法

(一)有源功率因數(shù)校正(APFC)技術(shù)

有源功率因數(shù)校正(APFC)技術(shù)不僅能夠提高開關(guān)電源的功率因數(shù)，減少對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，還能在一定程度上抑制啟動(dòng)浪涌電流。APFC 電路通過(guò)控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，使輸入電流跟蹤輸入電壓的波形，從而實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的校正。在電源啟動(dòng)過(guò)程中，APFC 電路可以通過(guò)緩慢增加輸出電壓和電流的方式，避免了濾波電容的快速充電，從而有效抑制了啟動(dòng)浪涌電流。

APFC 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是浪涌電流抑制效果好，同時(shí)能夠提高電源的功率因數(shù)和效率，符合現(xiàn)代電力電子設(shè)備對(duì)節(jié)能和環(huán)保的要求。然而，APFC 電路的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，需要額外的控制芯片和功率器件，成本較高，且對(duì)控制電路的設(shè)計(jì)要求較高。

(二)軟啟動(dòng)技術(shù)

軟啟動(dòng)技術(shù)是通過(guò)控制開關(guān)電源的輸出電壓或電流，使其在啟動(dòng)過(guò)程中緩慢上升到額定值，從而避免了啟動(dòng)瞬間的浪涌電流。軟啟動(dòng)技術(shù)通?？梢酝ㄟ^(guò)以下幾種方式實(shí)現(xiàn)：一是采用微控制器或?qū)Ｓ玫能泦?dòng)控制芯片，通過(guò)編程或硬件電路設(shè)置輸出電壓或電流的上升時(shí)間;二是利用功率開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間逐漸增加的方式，實(shí)現(xiàn)輸出的緩慢上升;三是在輸出回路中串聯(lián)一個(gè)可控的限流元件，如 MOS 管，通過(guò)控制 MOS 管的導(dǎo)通電阻，實(shí)現(xiàn)輸出電流的緩慢增加。

軟啟動(dòng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是浪涌電流抑制效果顯著，能夠有效保護(hù)開關(guān)電源內(nèi)部元器件和負(fù)載設(shè)備，且對(duì)電源的正常工作性能影響較小。不同實(shí)現(xiàn)方式的軟啟動(dòng)技術(shù)各有特點(diǎn)，微控制器控制的軟啟動(dòng)方式靈活性高，可以根據(jù)不同的需求設(shè)置不同的啟動(dòng)參數(shù);專用軟啟動(dòng)控制芯片的方式電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，可靠性高;而采用 MOS 管等可控限流元件的方式則具有響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)，軟啟動(dòng)技術(shù)也需要額外的控制電路或器件，增加了電源的成本和復(fù)雜度。

四、基于電路拓?fù)鋬?yōu)化的抑制方法

除了上述傳統(tǒng)和新型的抑制方法外，通過(guò)對(duì)開關(guān)電源的電路拓?fù)溥M(jìn)行優(yōu)化，也可以在一定程度上抑制啟動(dòng)浪涌電流。例如，采用交錯(cuò)并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將多個(gè)開關(guān)電源模塊并聯(lián)工作，每個(gè)模塊的啟動(dòng)時(shí)間錯(cuò)開，從而分散了啟動(dòng)浪涌電流的峰值，降低了對(duì)電網(wǎng)和元器件的沖擊。此外，在正激式、反激式等傳統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加輔助繞組、緩沖電路等方式，也可以改善電路的啟動(dòng)特性，減少啟動(dòng)浪涌電流的產(chǎn)生。

電路拓?fù)鋬?yōu)化的方法通常需要對(duì)開關(guān)電源的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，需要考慮電路的穩(wěn)定性、效率、成本等多方面因素。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠從根本上改善開關(guān)電源的啟動(dòng)性能，浪涌電流抑制效果持久且穩(wěn)定。但電路拓?fù)鋬?yōu)化的設(shè)計(jì)難度較大，需要設(shè)計(jì)人員具備扎實(shí)的電力電子理論知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

五、抑制方法的選擇與應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，選擇合適的抑制開關(guān)電源啟動(dòng)浪涌電流的方法需要綜合考慮多種因素，如開關(guān)電源的功率等級(jí)、工作環(huán)境、成本預(yù)算、性能要求等。對(duì)于小功率、低成本的開關(guān)電源，串聯(lián)電阻法和 NTC 法是比較理想的選擇，它們具有電路簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足一般的浪涌電流抑制需求。對(duì)于中大功率、對(duì)功率因數(shù)和效率要求較高的開關(guān)電源，如通信電源、服務(wù)器電源等，有源功率因數(shù)校正(APFC)技術(shù)和軟啟動(dòng)技術(shù)則更為適用，它們不僅能夠有效抑制浪涌電流，還能提高電源的整體性能。

在選擇抑制方法時(shí)，還需要注意各種方法的兼容性和協(xié)同工作能力。例如，將 APFC 技術(shù)與軟啟動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，可以進(jìn)一步提高浪涌電流的抑制效果，同時(shí)兼顧電源的功率因數(shù)和效率。此外，還需要考慮抑制方法對(duì)開關(guān)電源其他性能指標(biāo)的影響，如輸出電壓穩(wěn)定性、紋波系數(shù)等，確保在抑制浪涌電流的同時(shí)，不影響電源的正常工作性能。

六、總結(jié)與展望

開關(guān)電源啟動(dòng)浪涌電流的抑制是保障電源安全可靠運(yùn)行、減少對(duì)電網(wǎng)和其他設(shè)備干擾的重要措施。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了多種抑制開關(guān)電源啟動(dòng)浪涌電流的方法，每種方法都有其特點(diǎn)和適用范圍。傳統(tǒng)的串聯(lián)電阻法和 NTC 法具有成本低、電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但在大功率、高要求的場(chǎng)合存在一定的局限性;新型的 APFC 技術(shù)和軟啟動(dòng)技術(shù)具有浪涌電流抑制效果好、性能優(yōu)越的優(yōu)點(diǎn)，但成本較高、電路復(fù)雜;基于電路拓?fù)鋬?yōu)化的方法能夠從根本上改善電源的啟動(dòng)性能，但設(shè)計(jì)難度較大。

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，未來(lái)抑制開關(guān)電源啟動(dòng)浪涌電流的方法將朝著更加高效、節(jié)能、集成化、智能化的方向發(fā)展。一方面，將不斷優(yōu)化現(xiàn)有抑制方法的性能，降低成本，提高可靠性;另一方面，將開發(fā)新的抑制技術(shù)和方案，如基于新型材料、新型器件的抑制方法，以及結(jié)合智能控制算法的自適應(yīng)浪涌電流抑制技術(shù)等。同時(shí)，還將加強(qiáng)多種抑制方法的融合與協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)更好的浪涌電流抑制效果，滿足日益復(fù)雜和多樣化的應(yīng)用需求。

在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，合理選擇和組合各種抑制方法，確保開關(guān)電源在啟動(dòng)過(guò)程中具有較小的浪涌電流，同時(shí)兼顧電源的性能、成本和可靠性，為電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。