【導讀】我(wo)們(men)日(ri)常(chang)生(sheng)活(huo)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)各(ge)種(zhong)家(jia)用(yong)電(dian)器(qi)，以(yi)及(ji)乘(cheng)坐(zuo)的(de)汽(qi)車(che)和(he)火(huo)車(che)等(deng)交(jiao)通(tong)工(gong)具(ju)都(dou)是(shi)電(dian)源(yuan)的(de)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)，而(er)且(qie)電(dian)源(yuan)設(she)備(bei)在(zai)軍(jun)工(gong)及(ji)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)等(deng)特(te)殊(shu)行(xing)業(ye)中(zhong)也(ye)有(you)著(zhe)極(ji)其(qi)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)。

一、摘要

我(wo)們(men)日(ri)常(chang)生(sheng)活(huo)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)各(ge)種(zhong)家(jia)用(yong)電(dian)器(qi)，以(yi)及(ji)乘(cheng)坐(zuo)的(de)汽(qi)車(che)和(he)火(huo)車(che)等(deng)交(jiao)通(tong)工(gong)具(ju)都(dou)是(shi)電(dian)源(yuan)的(de)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)

，而(er)且(qie)電(dian)源(yuan)設(she)備(bei)在(zai)軍(jun)工(gong)及(ji)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)等(deng)特(te)殊(shu)行(xing)業(ye)中(zhong)也(ye)有(you)著(zhe)極(ji)其(qi)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)。

weibaozhengdianyuanshebeiwendinggongzuobubeiganrao，xuyaozaidianyuanshebeideshuruduanbingliandianrong。tongshiweishixiandianyuanshebeideshuruguozaibaohu，haihuizaidianyuanshebeideshuruduanchuanlianbaoxiansihuoduanluqideng。youyushurudianrongdecunzai

，dianyuanshebeizaiqidongguochengzhongjianghuichanshengjiaodadeshuruchongjidianliu，kenenghuidaozhibaoxiansirongduanhuoduanluqitiaozhadengwenti。benwenjiangcongdianyuanshebeishuruchongjidianliuyizhifangandeshejiyuyingyong

，geichukekaodejiejuefangan。

二、輸入衝擊電流的產生原因

輸入衝擊電流產生路徑如圖1所示。

供電係統啟動時，輸入電壓Vin快速升高
，輸入電壓Vin通過輸入等效阻抗Rin對輸入等效大電容Cin進行充電。輸入回路沒有使用輸入衝擊電路抑製電路時，由於輸入等效阻抗Rin主要為PCB走線阻抗
、EMC電路中共模/差模電感阻抗和端口連接阻抗等
，輸入等效阻抗Rin相對較小（相對於輸入衝擊電路抑製電路的阻抗可忽略不計），將導致較大的輸入衝擊電流。

在110VDC輸入
，輸入等效大電容Cin為100uF
，未加電流抑製電路時，輸入衝擊電流典型波形如圖2所示
，輸入衝擊電流達到170A。

三
、輸入衝擊電流抑製電路應用係統框圖

輸入衝擊電流抑製電路應用係統框圖如圖3所示。

輸入衝擊電流過大將會導致輸入端保險絲熔斷或斷路器跳閘等問題，對於高可靠性要求的行業應用
，進行輸入衝擊電流抑製必不可少。

四、電路方案對比

為了有效抑製輸入衝擊電流
，行業內常采用的方案有以下幾種：

方案1：將電阻器串聯在電源設備的輸入回路中，進行輸入衝擊電流抑製，輸入回路串聯電阻器R1後的方案示意圖如圖4所示。

供電係統開始供電時，輸入等效大電容Cin電壓較小，輸入衝擊電流最大為
，為有效抑製輸入衝擊電流，串聯電阻器R1需要較大的阻值，電源設備穩定工作時，將有持續的電流流過電阻器R1，電阻器R1存在發熱嚴重和影響產品效率的缺點。

以輸入電壓Vin=110VDC
，輸出功率Po=100W，產品效率ƞ=93%，需求輸入衝擊電流Iin≤10A為例，可計算出電阻器R1取值為，穩態工作時電阻器R1的輸入電流，電阻器R1的損耗。考慮到電阻器的尺寸和溫升等，一般需要電阻器R1的損耗小於1W，即對於輸出功率小於30W的小功率電源設備可考慮使用此方案，對於較大功率的電源設備需要采用更優的方案設計。

方案2：將負溫度係數的熱敏電阻串聯在電源部分的輸入回路中，進行輸入衝擊電流抑製，輸入回路串聯熱敏電阻RT後的方案示意圖如圖5所示。

為解決方案1固(gu)定(ding)電(dian)阻(zu)穩(wen)態(tai)發(fa)熱(re)嚴(yan)重(zhong)和(he)影(ying)響(xiang)產(chan)品(pin)效(xiao)率(lv)的(de)問(wen)題(ti)，行(xing)業(ye)常(chang)用(yong)以(yi)上(shang)熱(re)敏(min)電(dian)阻(zu)方(fang)案(an)。電(dian)源(yuan)設(she)備(bei)剛(gang)啟(qi)動(dong)時(shi)
，熱(re)敏(min)電(dian)阻(zu)還(hai)未(wei)發(fa)熱(re)，阻(zu)值(zhi)較(jiao)大(da)，可(ke)進(jin)行(xing)輸(shu)入(ru)衝(chong)擊(ji)電(dian)流(liu)抑(yi)製(zhi)，穩(wen)態(tai)工(gong)作(zuo)後(hou)熱(re)敏(min)阻(zu)值(zhi)降(jiang)低(di)，發(fa)熱(re)量(liang)較(jiao)小(xiao)和(he)對(dui)產(chan)品(pin)效(xiao)率(lv)影(ying)響(xiang)較(jiao)小(xiao)。

該gai方fang案an具ju有you熱re敏min電dian阻zu發fa熱re量liang較jiao小xiao和he對dui產chan品pin效xiao率lv影ying響xiang較jiao小xiao的de優you點dian

，但dan是shi由you於yu負fu溫wen度du熱re敏min電dian阻zu特te性xing為wei阻zu值zhi隨sui溫wen度du的de降jiang低di而er降jiang低di和he阻zu值zhi恢hui複fu時shi間jian較jiao長chang
，因yin此ci該gai方fang案an存cun在zai的de缺que點dian有you：

（1）高溫環境工作啟動時
，熱敏電阻阻值小

，不能很好的抑製輸入衝擊電流；

（2）低溫環境工作啟動時，熱敏電阻阻值大，可能會導致電源設備啟動不良
；

（3）電源設備開關機間隔時間較短情況下啟動時
，熱敏電阻穩態工作阻值減小後還未恢複到較大的阻值，不能很好的抑製輸入衝擊電流。

方案3：將jiang電dian阻zu器qi與yu電dian子zi開kai關guan並bing聯lian後hou再zai串chuan聯lian在zai電dian源yuan設she備bei的de輸shu入ru回hui路lu中zhong，並bing采cai用yong自zi動dong控kong製zhi電dian路lu控kong製zhi該gai電dian子zi開kai關guan是shi否fou與yu電dian源yuan設she備bei的de輸shu入ru回hui路lu接jie通tong，進jin行xing輸shu入ru衝chong擊ji電dian流liu的de抑yi製zhi。

輸入回路串聯電阻器、電子開關和控製電路後的方案示意圖如圖6所示。

為解決方案1和方案2的缺點
，可采用以上方案3，該方案啟動時，電子開關S1斷開，電阻器R1進行輸入衝擊電流抑製，穩態工作時電子開關S1閉合，該方案的優點為：

（1）可有效抑製輸入衝擊電流，同時由於電阻器R1
、電子開關S1和控製電路受溫度影響較小
，輸入衝擊電流抑製效果受溫度的影響也較小；

（2）電阻器和電子開關損耗低、發熱量小，對電源設備正常工作時的效率的影響較小；

（3）控製電路恢複時間快，電源設備開關機間隔時間較短時也能夠有效抑製輸入衝擊電流。

方案4：將(jiang)電(dian)子(zi)開(kai)關(guan)串(chuan)聯(lian)在(zai)電(dian)源(yuan)設(she)備(bei)的(de)輸(shu)入(ru)回(hui)路(lu)中(zhong)，並(bing)采(cai)用(yong)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)控(kong)製(zhi)電(dian)子(zi)開(kai)關(guan)的(de)阻(zu)抗(kang)進(jin)行(xing)輸(shu)入(ru)衝(chong)擊(ji)電(dian)流(liu)的(de)恒(heng)流(liu)控(kong)製(zhi)
，輸(shu)入(ru)回(hui)路(lu)串(chuan)聯(lian)電(dian)子(zi)開(kai)關(guan)和(he)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)後(hou)的(de)方(fang)案(an)示(shi)意(yi)圖(tu)如(ru)圖(tu)7所示。

為解決方案1和方案2的缺點
，還可采用以上方案4，該方案除具有方案3的優點外
，還具有的優點為：

（1）不使用電阻器R1，可降低係統設備的尺寸和成本。

（2）電子開關的阻抗采用恒流控製
，受輸入電壓變壓的影響較小。

綜上，對於性能和可靠性等要求較高的應用場合，可選擇方案3或4進行設計。

五、電源設備可靠性設計

電源設備的設計要求高可靠性，在環境的影響（如冷卻、幹熱
、交變濕熱、振動
、衝擊等）
、電磁兼容的影響（傳導騷擾抗擾度
、輻射幹擾抗擾度
、電快速瞬變脈衝群、電源過電壓、浪湧、靜電放電等）和其它影響條件下
，電路特性和壽命設計等都有應用規格要求。

電源設備的可靠性主要從以下三個方麵進行考慮：

1、設計可靠性：電路方案選型、降額設計、熱設計、安規設計

、EMC設計和PCB設計等進行可靠性設計；

2、原材料可靠性：失效率、MTBF、使用壽命等可靠性指標進行物料選型；

3、製造可靠性：可製造性
、生產環境、生產人員等保障製造可靠性。

六
、電源設備應用方案

以金升陽電源模塊應用於鐵路係統電力牽引控製單元為例，如圖8所示。

采用鐵路110VDC供電係統，經過輸入衝擊電流抑製電路、保護電路和EMC電路等為DC/DC電源模塊供電，DC/DC電源電源模塊將電壓轉換為3種不同的輸出電壓，輸出電壓再經過輸出EMI電路為不同需求的負載進行供電。

板卡電源集成輸入衝擊電流抑製電路、EMC電路、保護電路（防反接、過欠壓、過流
、短路等）
，該板卡電源輸出衝擊電流可抑製到10A以內、功能齊全、滿足鐵標EN50155認證要求等，可滿足係統應用需求，金升陽板卡電源如圖9所示。

該板卡電源使用輸入衝擊抑製電路後的輸入衝擊電流波形如圖10所示。

七、小結

電dian源yuan設she備bei在zai各ge行xing各ge業ye的de廣guang泛fan應ying用yong，對dui於yu高gao可ke靠kao性xing的de電dian源yuan設she備bei離li不bu開kai輸shu入ru衝chong擊ji電dian流liu抑yi製zhi這zhe個ge電dian路lu方fang案an設she計ji
，我wo司si可ke為wei客ke戶hu提ti供gong配pei套tao的de解jie決jue方fang案an，針zhen對dui鐵tie路lu等deng行xing業ye應ying用yong還hai可ke提ti供gong係xi統tong方fang案an設she計ji的de板ban卡ka電dian源yuan
，更geng好hao的de滿man足zu客ke戶hu應ying用yong需xu求qiu
，簡jian化hua客ke戶hu的de產chan品pin開kai發fa和he測ce試shi周zhou期qi，綜zong合he提ti升sheng係xi統tong的de穩wen定ding性xing、安全性和可靠性。

來源：金升陽

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