開機浪涌電流抑制模塊在通信用DC/DC變換器的應用

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

關鍵詞：電壓跌落；浪涌電流；DC/DC變換器

1 開機浪涌電流和母線電壓跌落

目前，考慮到體積，成本，技術指標等因素，大多數通信用DC/DC變換器輸入濾波采用LC輸入濾波方式，因為48V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，輸入浪涌電流遠高于整流器工作時的電流。如圖2所示。如果電源內阻比較小，容量為470μF濾波電容，第一個電流峰值會超過50A，為正常工作電流峰值的數倍。

浪涌電流會造成48V直流母線電壓波形跌落，供電質量變得很差，并接在母線上的同坐設備會受到影響，而且會使保護電路動作；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，但會出現過載時熔斷器不可以熔斷，從而起不到保護DC/DC變換器及其他電電路的現象；上電浪涌電流過高對DC/DC變換器和48V直流母線會造成破壞。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溫度系數熱敏電阻（NTC），如圖3所示。為了限制上電浪涌電流，利用負溫度系數熱敏電阻，來減小NTC上的損耗，但是存在問題，因為NTC的初始溫度和在環境溫度會影響上電浪涌電流的性能。在彩色電視機和顯示器上，采用串一限流電阻來限制上電浪涌電流，電路如圖4所示。最常見的應用是彩色電視機，這種方法的簡單，可靠性高，工作境溫度范圍要求比較寬，缺點是限流電阻上有損耗，電源效率降低了。事實上DC/DC變換器因為輸入電壓較低（48V），輸入電流較大，當DC/DC變換器達到工作穩態后，限流電阻已經不起限流作用，起到發熱、消耗功率的負作用，因此，DC/DC變換器的功率較大時，采用上電后，延時一段時間，然后用一機械觸點短路限流電阻，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，電路較復雜。為使應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

將功率電子開關-MOSFET與控制電路封裝在一個相對很小的模塊（如500W以下為25mm×25mm×11mm）中，引出3個引腳，外接電路如圖6所示。DC/DC變換器上電后最初一段時間，外接限流電阻抑制上電浪涌電流，上電浪涌電流結束后，模塊導通將限流電阻短路，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溝道場效應管的漏極特性曲線，曲線分為三個部分，夾斷區、恒流區、可變電阻區。在可變電阻區時，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。使場效應管在可變電阻區工作一段時間，可以除浪涌電流。

4 結語

DC/DC變換器上電浪涌電流抑制模塊的問世，由于其外接電路簡單，體積小，價格低，適用于工業化批量生產。給通信用DC/DC變換器設計者帶來了極大方便。