0 引言

　　在各種過(guò)去和現在常用的電源中，開(kāi)關(guān)電源是很普及的，一般可以滿(mǎn)足任何設計要求。這種電源很經(jīng)濟，但在設計中也存在一些問(wèn)題。這就是很多開(kāi)關(guān)電源(特別是大功率開(kāi)關(guān)電源)，都存在一個(gè)固有的缺點(diǎn)：在加電瞬間要汲取一個(gè)較大的電流。這個(gè)浪涌電流可能達到電源靜態(tài)工作電流的1O倍～100倍。由此，至少有可能產(chǎn)生兩個(gè)方面的問(wèn)題。第一，如果直流電源不能供給足夠的啟動(dòng)電流，開(kāi)關(guān)電源可能進(jìn)入一種鎖定狀態(tài)而無(wú)法啟動(dòng)；第二，這種浪涌電流可能造成輸入電源電壓的降低，足以引起使用同一輸入電源的其它動(dòng)力設備瞬間掉電。

　　傳統的輸入浪涌電流限制方法是串聯(lián)負溫度系數熱敏限流電阻器(NTC)，然而這種簡(jiǎn)單的方法具有很多缺點(diǎn)：如NTC電阻器的限流效果受環(huán)境溫度影響較大、限流效果在短暫的輸入主電網(wǎng)中斷(約幾百毫秒數量級)時(shí)只能部分地達到、NTC電阻器的功率損耗降低了開(kāi)關(guān)電源的轉換效率……。其實(shí)上面提出的這兩個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)一個(gè)“軟啟動(dòng)電路”來(lái)解決，下面詳細介紹之。

　　1 開(kāi)關(guān)電源浪涌電流產(chǎn)生的原因

　　在論述“軟啟動(dòng)電路”以前，我們首先討論浪涌電流是如何產(chǎn)生的�，F代的驅動(dòng)系統、逆變器和開(kāi)關(guān)電源等一般通過(guò)脈沖調制技術(shù)(PWM)來(lái)轉換電能，其中的核心部件是直流／直流轉換器。如圖1所示的開(kāi)關(guān)電源中，輸入電壓首先經(jīng)過(guò)干擾濾波，再通過(guò)橋式整流器變成直流，然后通過(guò)一個(gè)很大的電解電容器進(jìn)行波形平滑，之后才能進(jìn)入真正的直流／直流轉換器。輸入浪涌電流就是在對這個(gè)電解電容器進(jìn)行初始充電時(shí)產(chǎn)生的，它的大小取決于起動(dòng)上電時(shí)輸入電壓的幅值以及由橋式整流器和電解電容器所形成回路的總電阻。如果恰好在交流輸入電壓的峰值點(diǎn)起動(dòng)時(shí)，就會(huì )出現峰值輸入浪涌電流。

　　另外，變壓器電源起動(dòng)時(shí)也會(huì )出現輸入浪涌電流。然而，這種輸入浪涌電流的出現原因有所不同。當變壓器電源在正弦輸入電壓的過(guò)零點(diǎn)起動(dòng)時(shí)，變壓器磁芯的磁化在前幾個(gè)周期中被迫進(jìn)入一種不平衡狀態(tài)。結果，磁芯在每個(gè)半周飽和。此時(shí)的勵磁電流只能由微弱的漏電感寄生電阻來(lái)限制，導致出現很大的輸入浪涌電流。變壓器電源通常帶有特殊的輸入浪涌電流限制器來(lái)保證其在正弦輸入電壓的峰值起動(dòng)，以防止出現很高的輸入浪涌電流。而如果在開(kāi)關(guān)電源中也使用這種輸入浪涌電流限制器，則如前文所述，后果恰恰相反，不但起不到限流作用，反而會(huì )導致出現峰值輸入浪涌電流。故我們今天只討論開(kāi)關(guān)電源浪涌電流的產(chǎn)生和消除，變壓器電源不在論述范圍。

　　2 軟啟動(dòng)電路電氣工作原理

　　如果采用我們今天設計的“軟啟動(dòng)電路”來(lái)消除開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流，可以很好地避免上述傳統浪涌電流限制方法的缺點(diǎn)。通過(guò)“軟啟動(dòng)”來(lái)控制開(kāi)關(guān)電源的啟動(dòng)以消除浪涌電流，包含這樣兩條設計原則：即在加電瞬間除去負載、同時(shí)限制有用的電流。如果不驅動(dòng)負載，開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)一般電流很小。在很多情況下，啟動(dòng)電流實(shí)際有可能要比利用這種方法保持的穩態(tài)工作電流小。

　　下面采用一個(gè)從－48 V～+5 V的開(kāi)關(guān)電源路論述“軟啟動(dòng)”技術(shù)。所用的開(kāi)關(guān)電源是一個(gè)含有LT1172HVCT的穩壓器，從負到正補償提升式(buck－boost)轉換器，其實(shí)任何一個(gè)從－48 V～+5 V的開(kāi)關(guān)電源都能工作。其中，軟啟動(dòng)電路和開(kāi)關(guān)電源電路是相互獨立的，電氣原理如圖2所示。

　　電路的工作原理很簡(jiǎn)單。在開(kāi)始加電時(shí)，全部晶體管都是截止的，C1處于放電狀態(tài)，這時(shí)負載是斷開(kāi)的，輸入電流由限流電阻R4分流。當開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)，它的輸出電壓開(kāi)始升高，在輸出電壓達到4．5 V的時(shí)候(D1兩端3．9 V加上Q3的Veb=0．6 V)，Q3導通并對C1充電。當C1兩端的電壓VC達到Q1的門(mén)限電壓時(shí)(通常為3 V)，Q1導通。VC繼續升高，Q1完全導通，對輸入電流提供一個(gè)低阻抗通路，并且有效地旁路了限流電阻R4。當VC達到7．4 V時(shí)(D2兩端6．8 V加上Q4的Vbe=0．6V)，Q4導通，同時(shí)對Q2提供偏壓，也是Q2導通。這樣就使負載通過(guò)一個(gè)低阻抗與電源連接。至此，電源已被安全啟動(dòng)，軟啟動(dòng)電路也已完成其功用。利用下列公式可以計算出Q1和Q2的導通時(shí)間：

　　在VC等于3 V的時(shí)候Q1導通，也就是說(shuō)在電源的輸出達到4．5 V以后，大約150 ms時(shí)導通；在VC等于7．4 V時(shí)Q2導通，即在Q1導通后的330 ms時(shí)導通。這樣長(cháng)的時(shí)間，足以保證電源需要的穩定時(shí)間和使Q1與Q2緩慢地導通。因為要把啟動(dòng)電流保持在一個(gè)最小值，所以FET(場(chǎng)效應管)的緩慢導通是至關(guān)重要的。若FET轉換太快，有可能產(chǎn)生一個(gè)大的浪涌電流，失去軟啟動(dòng)電路的效用。

　　3 注意事項

　　(1)軟啟動(dòng)電路的增加是有代價(jià)的。從整體來(lái)講，這種電路可看作是電源的一部分，它要消耗功率，使電源的效率降低。大部分功率損失是由于輸出傳遞場(chǎng)效應管Q2的導通電阻不為零所造成的。這種IRFD9210的導通電阻為0．6 Ω。在500 mA輸出電流時(shí)，Q2將消耗300 mW功率。如果不允許這樣大的損耗時(shí)，可以采用導通電阻更小的FET(但往往價(jià)格很高)。

　　(2)因為開(kāi)關(guān)電源電壓的感測是取自場(chǎng)效應管Q2的輸入端，所以這種穿過(guò)Q2的電阻也影響負載電壓的穩定。只要負載電流是相對恒定的，這個(gè)問(wèn)題并不嚴重。如果輸出電壓的變化較大，可以選用導通電阻低的FET來(lái)改善，也可以在軟啟動(dòng)電路工作完成以后，在Q2的輸出端加一個(gè)電壓感測電路來(lái)改善。

　　4 結論

　　以上詳細論述了“軟啟動(dòng)電路”是如何消除開(kāi)關(guān)電源浪涌電流的，經(jīng)過(guò)multisim軟件仿真、最后實(shí)驗室實(shí)踐證明該軟啟動(dòng)電路的控制能力很強。實(shí)際上，以上論述我們雖然都限定用在“-48 V～+5 V”的開(kāi)關(guān)電源中，但也可以把它改制成適合于各種開(kāi)關(guān)電源所用的電路中。