摘 要： 介紹了一種可用于星載開關(guān)電源的浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" 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title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流" title="浪涌電流">浪涌電流抑制電路,。該電路使用一只MOSFET以及很少的外圍器件就可以實(shí)現(xiàn)浪涌電流抑制。通過控制dv/dt的大小,，來達(dá)到抑制浪涌電流尖峰的目的,。該電路已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各類星載開關(guān)電源中，針對(duì)熱備份電源中遇到的一些問題,，提出了一系列解決的方法,。
關(guān)鍵詞： 輸入濾波；浪涌電流,；電磁干擾,；主份電路；備份電路
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在開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中,，輸入濾波器是設(shè)計(jì)的主要部分之一,。在絕大部分的設(shè)計(jì)中，輸入濾波器的設(shè)計(jì)是電感和電容的結(jié)合,，為了達(dá)到降低EMI的目的以及滿足因?yàn)闇囟茸兓仨氝_(dá)到的降額,，設(shè)計(jì)者通常使用很大的濾波電容。
隨著制造工藝的創(chuàng)新,，電容的等效串聯(lián)電阻(ESR）越來越低,，使得電容在加電瞬間近似短路，有很高的dv/dt,，由ic=c×dv/dt可知,，加電瞬間將引入很大的瞬時(shí)電流，可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一些器件的額定值，從而使半導(dǎo)體器件受損甚至失效,，燒毀保險(xiǎn)絲,，或者使繼電器誤觸發(fā)。
這種高dv/dt和di/dt還引入了多余的EMI噪聲,。顯然,，提出新的既不影響電感的體積和重量又不影響星載開關(guān)電源效率的浪涌電流抑制方法是必要的。
1 輸入濾波器
星載開關(guān)電源通常有一個(gè)輸入濾波器來降低反射回輸入母線的電流紋波幅值,，輸入濾波器通常包含電容和電感,，習(xí)慣上稱為π型濾波器。典型的輸入濾波器如圖1所示,。
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2 浪涌電流
當(dāng)直流-直流變換器和輸入母線電壓連接時(shí),，由于加在濾波電容上的dv/dt很大，將引起很大的浪涌電流,。這些濾波電容（包括外部電容和寄生電容）的作用相當(dāng)于一根短路線,，產(chǎn)生上升很快的瞬時(shí)浪涌電流。
浪涌電流尖峰可能比穩(wěn)態(tài)電流大很多,。如果浪涌電流不加限制,，它可能會(huì)燒毀保險(xiǎn)絲，損壞連接器的管腳,，引起輸入母線電壓振蕩,，產(chǎn)生很高的dv/dt和di/dt。因此,，電流尖峰和電流上升下降斜率必須被有效地控制。
有很多因素影響浪涌電流的幅值,，例如：輸入電壓,、母線以及供電線路阻抗、輸入濾波器的輸入電阻和輸入電感,、輸入濾波器的等效電容及其ESR,。其中的一些參數(shù)依賴于特別的系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及布線，很難去精確計(jì)算,。最精確的測定浪涌電流的方式是實(shí)際在線測量,。霍耳感應(yīng)器常用來進(jìn)行浪涌電流的測量,。
3 浪涌電流抑制
3.1 傳統(tǒng)的浪涌電流抑制方式
傳統(tǒng)方法利用大電感或者是和電容串聯(lián)的電阻來抑制浪涌電流,，如圖2所示。大電感帶來的問題是電源的體積和重量增加,，而串聯(lián)電阻造成電源轉(zhuǎn)換效率降低,。為了克服串聯(lián)電阻帶來的功率損失，許多設(shè)計(jì)者在電阻兩端并聯(lián)一個(gè)開關(guān)(半導(dǎo)體器件或者是繼電器)。繼電器的尺寸和重量依賴于工作電流,，而且必須設(shè)計(jì)特定的控制電路來控制繼電器的通斷,，增加了電路的復(fù)雜度，從一定程度上也降低了電源的可靠性,。在一些場合中也可以在電阻兩端并聯(lián)半導(dǎo)體器件,，如SCR。這些器件的使用也帶來體積過大以及功耗較大的問題,，同時(shí)還要設(shè)計(jì)專門的控制電路來控制SCR的通斷,。因此，這些方法都不適合在星載開關(guān)電源中使用,。
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3.2 使用MOSFET的有源浪涌電流抑制方式
傳統(tǒng)方法的局限性決定了其在星載開關(guān)電源中必將被新的消浪涌方式所取代,。采用MOSFET同時(shí)輔助一些無源器件的有源浪涌電流抑制方式被越來越多地應(yīng)用于星載開關(guān)電源中。MOSFET之所以能被用于消浪涌電路中是由于它具備如下特性：(1)MOSFET是多數(shù)載流子器件,，因此它有很快的開關(guān)速度,；(2)開關(guān)損耗小,；(3)柵極驅(qū)動(dòng)方式簡單,；(4)RDS低，因此在導(dǎo)通狀態(tài),，漏-源導(dǎo)通壓降也較低,，從一定程度上提高了電源效率。
MOSFET是電壓控制型器件,，可以用圖3所示電路來等效,。電容CGD、CGS,、CDS可以由下列式子確定：
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?Crss,、Ciss、Coss可以從MOSFET的相關(guān)數(shù)據(jù)手冊(cè)中查得,。MOSFET的開關(guān)速度取決于輸入電容充放電的速度,，從如圖4所示的柵極電荷轉(zhuǎn)移特性曲線可以看出在時(shí)間段3，當(dāng)柵源電壓保持在Vplt(產(chǎn)品手冊(cè)可查到)時(shí),，漏源電壓從VDS的10%下降到Vsat(漏源飽和壓降),，此時(shí)IDS保持不變，dVDS/dt得到了很好的控制,。因此,，要求漏源電壓的轉(zhuǎn)移快速進(jìn)入時(shí)間段3(也就是柵極開啟電壓要達(dá)到Vplt)，利用MOSFET在時(shí)間段3對(duì)dVDS/dt很好的控制能力,，進(jìn)而控制浪涌電流,。
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為了確保在整個(gè)時(shí)間段3電壓轉(zhuǎn)變的過程是線性的,，可以在柵-漏間并聯(lián)一個(gè)電容C2。如果C2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CGD,，它將減小高度非線性電容Cgl對(duì)轉(zhuǎn)換過程的影響,。
圖5示出了基于自驅(qū)動(dòng)MOSFET的有源浪涌電流抑制電路。MOSFET Q1被置于電路的回路中,。漏極電壓線性下降的斜率由C2×R6時(shí)間常數(shù)確定,。該斜率決定浪涌電流的最大幅值。
式中,，Vth是Q1的開啟電壓,，VD2是D2的正向?qū)▔航担琕plt是漏極電流為浪涌電流時(shí)對(duì)應(yīng)的柵極電壓,，可以從相關(guān)產(chǎn)品手冊(cè)的轉(zhuǎn)移曲線中查到,。
圖5所示的浪涌電流抑制電路可以用于輸入電壓從28V～100V的星載開關(guān)電源中。
4 星載開關(guān)電源熱備份電路給輸入浪涌電流帶來的影響
4.1 星載開關(guān)電源熱備份電路的結(jié)構(gòu)形式
該熱備份電路的結(jié)構(gòu)如圖6所示,，主份電路和備份電路同時(shí)工作,，主份電路輸出電壓比備份電路輸出電壓高200mV，因此最終通過隔離二極管的輸出電壓是主份電壓,，可以通過外加5V控制電壓來調(diào)整主份電路PWM脈寬調(diào)制器的脈寬,，從而降低主份電路輸出電壓，使得通過隔離二極管的輸出電壓為備份電壓,。在地面實(shí)驗(yàn)中就是通過這種方式來模擬由于主份電路發(fā)生故障造成主份電路輸出電壓下降甚至主份電路無輸出,，由備份電路代替主份電路輸出電壓的情況。主備份切換電路如圖7所示,。
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4.2 熱備份電路輸入浪涌電流實(shí)際波形
圖8是某型號(hào)熱備份電路輸入浪涌電流波形,，從圖中可以明顯看出，在電流建立后有一段振蕩區(qū)域,，該振蕩的幅值甚至比真正的浪涌電流幅值還要大,，超出了對(duì)浪涌電流幅值所要求的技術(shù)指標(biāo)。實(shí)際設(shè)計(jì)的主份電路輸出電壓啟動(dòng)時(shí)間要比備份短,，因此圖8所示的浪涌電流波形是備份電路的,。為了避免輸出電壓啟動(dòng)過程中出現(xiàn)振蕩,，采用錯(cuò)開主備份電路輸出電壓啟動(dòng)時(shí)間,。當(dāng)然也可把備份電路輸出電壓啟動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)得比主份電路的短，但主份電路輸入浪涌電流波形將如圖8所示,。因此,，浪涌電流出現(xiàn)振蕩是圖6所示熱備份電路所難以避免的。工程實(shí)際中可以通過采取一些手段減小振蕩的幅值以期滿足對(duì)浪涌電流的技術(shù)要求,。
4.3 解決的辦法
(1)如果電源在體積和重量上有余量,，可以采用主備份電路各用一個(gè)消浪涌電路的結(jié)構(gòu)形式,，切換備份時(shí)關(guān)斷主份消浪涌電路的MOSFET即可，這種電路結(jié)構(gòu)形式將有效消除圖8所示的電流振蕩,。
(2)增大Cfilter的值,。由于造成圖8現(xiàn)象的根本原因是主備份電路同時(shí)啟動(dòng)時(shí)供電不足。因此,，增大Cfilter可以解決電流振蕩的問題,。但是，在實(shí)際工程中發(fā)現(xiàn)個(gè)別電源模塊在增大Cfilter后,，輸出電壓在啟動(dòng)后出現(xiàn)幅值很大的下陷,。這一方法未在實(shí)際工程中采用。
(3)錯(cuò)開主備份電路工作頻率,。這一方法雖然不能從根本上消除振蕩,，但它能把振蕩幅值降低到滿足技術(shù)指標(biāo)的范圍之內(nèi)。因此,，它是實(shí)際工程中應(yīng)用最多的方法,。實(shí)際效果如圖9所示。
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參考文獻(xiàn)
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