開(kāi)機(jī)浪涌電流抑制模塊在通信用DC/DC變換器的應(yīng)用

摘 要：分析了電容輸入式濾波通信用DC/DC變換器上電時(shí)對(duì)48V直流母線的浪涌電流沖擊、電壓跌落及危害，介紹了常規(guī)解決辦法及存在的問(wèn)題，提出一種實(shí)用解決方案。

關(guān)鍵詞：電壓跌落；浪涌電流；DC/DC變換器

1 開(kāi)機(jī)浪涌電流和母線電壓跌落

目前，考慮到體積，成本，技術(shù)指標(biāo)等因素，大多數(shù)通信用DC/DC變換器輸入濾波采用LC輸入濾波方式，因?yàn)?8V母線電壓上的雜波較少，所以濾波電感L1的電感量較小，電路原理如圖1所示。由于電容器上電壓不能躍變，在DC/DC變換器插入機(jī)架上電之初，濾波電容電壓幾乎為零，等效為輸出端短路，輸入浪涌電流遠(yuǎn)高于整流器工作時(shí)的電流。如圖2所示。如果電源內(nèi)阻比較小，容量為470μF濾波電容，第一個(gè)電流峰值會(huì)超過(guò)50A，為正常工作電流峰值的數(shù)倍。

浪涌電流會(huì)造成48V直流母線電壓波形跌落，供電質(zhì)量變得很差，并接在母線上的同坐設(shè)備會(huì)受到影響，而且會(huì)使保護(hù)電路動(dòng)作；為避免浪涌電流沖擊DC/DC變換器的輸入熔斷器，可以選用更高電流容量的熔斷器，但會(huì)出現(xiàn)過(guò)載時(shí)熔斷器不可以熔斷，從而起不到保護(hù)DC/DC變換器及其他電電路的現(xiàn)象；上電浪涌電流過(guò)高對(duì)DC/DC變換器和48V直流母線會(huì)造成破壞。因此，必須限制電容濾波的整流器輸入浪涌電流。

2 上電浪涌電流的限制

限制上電浪涌電流最有效的方法是，在48V直流母線與濾波電容器之間加一負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC），如圖3所示。為了限制上電浪涌電流，利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，來(lái)減小NTC上的損耗，但是存在問(wèn)題，因?yàn)镹TC的初始溫度和在環(huán)境溫度會(huì)影響上電浪涌電流的性能。在彩色電視機(jī)和顯示器上，采用串一限流電阻來(lái)限制上電浪涌電流，電路如圖4所示。最常見(jiàn)的應(yīng)用是彩色電視機(jī)，這種方法的簡(jiǎn)單，可靠性高，工作境溫度范圍要求比較寬，缺點(diǎn)是限流電阻上有損耗，電源效率降低了。事實(shí)上DC/DC變換器因?yàn)檩斎腚妷狠^低（48V），輸入電流較大，當(dāng)DC/DC變換器達(dá)到工作穩(wěn)態(tài)后，限流電阻已經(jīng)不起限流作用，起到發(fā)熱、消耗功率的負(fù)作用，因此，DC/DC變換器的功率較大時(shí)，采用上電后，延時(shí)一段時(shí)間，然后用一機(jī)械觸點(diǎn)短路限流電阻，如圖5所示。這種限制上電浪涌電流方式性能雖好，但占用體積較大，電路較復(fù)雜。為使應(yīng)用這種抑制上電浪涌電流方式，象僅僅串限流電阻一樣方便，本文推出DC/DC變換器上電浪涌電流抑制模塊。

3 上電浪涌抑制模塊

將功率電子開(kāi)關(guān)-MOSFET與控制電路封裝在一個(gè)相對(duì)很小的模塊（如500W以下為25mm×25mm×11mm）中，引出3個(gè)引腳，外接電路如圖6所示。DC/DC變換器上電后最初一段時(shí)間，外接限流電阻抑制上電浪涌電流，上電浪涌電流結(jié)束后，模塊導(dǎo)通將限流電阻短路，上電浪涌電流峰值被有效抑制。

上電浪涌電流抑制模塊的工作原理：

圖7是N溝道場(chǎng)效應(yīng)管的漏極特性曲線，曲線分為三個(gè)部分，夾斷區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)。在可變電阻區(qū)時(shí)，ID與VDS的幾乎成線性比例，其變化值受VGS控制，而D、S間的電阻為線型變化。使場(chǎng)效應(yīng)管在可變電阻區(qū)工作一段時(shí)間，可以除浪涌電流。

4 結(jié)語(yǔ)

DC/DC變換器上電浪涌電流抑制模塊的問(wèn)世，由于其外接電路簡(jiǎn)單，體積小，價(jià)格低，適用于工業(yè)化批量生產(chǎn)。給通信用DC/DC變換器設(shè)計(jì)者帶來(lái)了極大方便。