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浪涌電流有點高？我來給你支支招！

時間：2021-09-30 14:13:41
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[導讀]▼點擊下方名片，關(guān)注公眾號▼說到電流相信每個人都不陌生，雖然它看不見摸不到，但與我們的生活工作都息息相關(guān)，我們平時用的家用電器，工作的時候都會有電流產(chǎn)生，工作中用到的萬用表，示波器，都能夠用來測量電流，把看不見摸不到的電流通過其他的方式表達出來。那什么又是浪涌電流呢？下面我們就一...

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說到電流相信每個人都不陌生，雖然它看不見摸不到，但與我們的生活工作都息息相關(guān)，我們平時用的家用電器，工作的時候都會有電流產(chǎn)生，工作中用到的萬用表，示波器，都能夠用來測量電流，把看不見摸不到的電流通過其他的方式表達出來。
那什么又是浪涌電流呢？下面我們就一起來學習了解一下什么是浪涌電流！本文介紹的內(nèi)容，相當基礎(chǔ)，對初學者會有一定幫助，大佬請自行跳過，其實我的想法也很簡單，大家都是從最開始的小白逐漸成長起來的，我希望我寫的這些基本的內(nèi)容能給一些人帶來幫助，也希望我們每個人都能成為身體很勤奮，思維不懶惰的新時代國家棟梁之才。言歸正傳，我相信大家應該都知道，所有電源的啟動電流都高于其工作電流，這個電流就是浪涌電流，這是由于幾個因素重疊造成的–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。那么這時候你可能會有疑問，為啥電容充電會造成很大的電流從出現(xiàn)呢？其實原理很簡單，在我之前寫的帖子中對電容的充放電就做了介紹，很多新手在研究電容的時候，在網(wǎng)上查閱相關(guān)資料的時候，會看到網(wǎng)上這么寫到，在直流電路中，電容相當于斷路，但是你有沒有想過電容為什么會相當于斷路？其實在電容斷路的之前，電容進行了充電操作，在電容充電的時候其實電容相當于短路狀態(tài)，電容只有在充滿電之后才會相當于斷路狀態(tài)，正是因為充電時，相當于短路，時間很短，所以電路中才會產(chǎn)生很大的浪涌電流。這個時候滿足電容的充電電流公式：式中，Iin(t)為電容電流(隨時間變化)，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，指數(shù)是統(tǒng)一的，因此對輸入電流的唯一限制是電阻R和電源的電流能力。下面我們來實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：（在這里只是簡單示意，大家理解就好）下圖展示了實際的DC-DC轉(zhuǎn)換器的啟動示波器軌跡，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，但在啟動期間消耗18.6A的峰值浪涌電流比正常運行期間高12倍。如果系統(tǒng)中存在過電流保護機制的話，就會造成系統(tǒng)停止工作了。（其實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更高）如果你手頭有相關(guān)產(chǎn)品的話，你也可以親自測量一下，實踐出真知，要想進步，就要學會不斷的摸索，研究，并付諸于實踐，嘿嘿！那么面對系統(tǒng)中的浪涌電流我們采用哪些辦法能減小浪涌電流呢？下面我們就來簡單介紹幾種減小浪涌電流的方法，在這里我以DC-DC電路為例來進行分析：
1.??應用電感限制浪涌

上圖是一個簡單的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有畫出，就畫了一個簡單的示意圖來說明問題，我們在電路中可能經(jīng)常碰到向上圖中這種DC-DC前端應用這個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，這兩個電容充電產(chǎn)生的浪涌電流全部被電感L限制。你一定會問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，在電感中要產(chǎn)生感應電動勢來解釋：這個感應電動勢e=-Ldi/dt，即與電流隨時間的變化率di/dt呈正比。如果電流發(fā)生突變了，就是說電流隨時間的變化率di/dt將是無限大，其產(chǎn)生的感應電動勢也將是無限大，而這是不可能的，所以電流隨時間的變化率di/dt只能是確定的數(shù)值，就是說電流只能逐步地（或快或慢地）增長，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，如果是功率較大的系統(tǒng)，電感尺寸會變大，價格會有一些昂貴，所以應用時也應該綜合考慮一下。
2.??MOSFET開關(guān)管浪涌保護
以上這種由MOSFET組成的延時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)導通的瞬間都需要充電，所以瞬間的浪涌電流會很大，圖中在電源回路中添加了一個N MOSFET的話，由于在MOS管的GS并聯(lián)了一個電容C1,所以它兩端的電壓只能逐漸增加，所以MOS管也是逐漸導通的，由上面的公式我們可以得出，延時導通，能夠有效的減小開機瞬間產(chǎn)生的浪涌電流，當電路進入穩(wěn)定狀態(tài)后，MOS管的,D,S極將始終處于導通狀態(tài)，電路進行正常工作，小伙伴們可能會問ZD1在電路中是起到什么作用呢？其實很簡單，它是將GS電壓牽制在一個安全的范圍內(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)一個熱敏電阻NTC無疑也是降低浪涌電流的一個好方法，為什么這么說呢？聽我給你慢慢解釋一下，首先NTC在剛開始電路沒有進行工作的時候，那么這個時候?qū)儆诔氐臓顟B(tài)，那么在這個時候呢常溫狀態(tài)下NTC的電阻阻值很高，那么在開關(guān)啟動的瞬間，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，將電流進行了很好的限制，當電路運行一段時間后呢，溫度升高，那么這個時候NTC的阻值會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，我們當然希望這個時候電阻越低越好，因為我們肯定不希望由于這個電阻的存在而影響了我們電路的功率損耗，你說對不對！這種方案很簡單，成本低，優(yōu)勢明顯，但同時也有它的弊端，假設(shè)我們在溫度極低以及極高的環(huán)境中這么應用的話，很明顯就會出現(xiàn)問題，在溫度極低的環(huán)境中啟動電源，電阻阻值過高，會導致?lián)p耗過高，也可能造成無法正常啟動電源，相反在溫度極高的環(huán)境中啟動電源，電阻阻值過低，那么就起不到限制浪涌電流的目的了。這個時候小伙伴們是不是還能想到它另外一個弊端？其實也是一樣的道理，比如電源在接通一段時間后，需要重啟呢？那這個時候NTC電阻也處于高溫的狀態(tài)下，同樣也不能達到我們的目的了。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一起研究討論，如果我講的有哪些不對的，也請大家及時指出，相信大家也都能看出，其實每種方案都有它特有的優(yōu)勢也有相應的劣勢，每個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際情況中多多考慮，選出最優(yōu)方案。
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