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浪涌电流抑制电路

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浪涌电流抑制电路

电源适配器上电时,由于滤波电容器的电压基本为零(相当于短时短路),如果正好是电源适配器电压峰值,则输入电流峰为输入浪涌峰值电流值,为输入电压峰值除以线路内阻。由于线路内阻通常很小,所以将会产生数十倍正常电流的浪涌电流。即使在城市民用供电条件下,浪涌电流峰值将会达100A!即使在电源适配器电压过零时,上电仍有约十倍的浪涌电流。
上电浪涌电流的危害为:出现浪涌电流时会造成电源适配器电压波形塌波,造成供电质量变差,甚至会影响其他用电设备的工作,以及供电电流的保护电路动作;由于浪涌电流的冲击,整流器的输入熔断器在若干次上电过程的浪涌电流冲击下熔断,而非由于过载/短路熔断。为了避免这类现象的发生,不得不选用更高额定电流的熔断器,但将出现过载时熔断器不能熔断的情况,起不到保护整流器及用电电路的作用;过高的上电浪涌电流对整流器和滤波电容器造成不可逆的损坏。因此,必须对带有电容滤波的整流器输入浪涌电流加以限制。

通常,限制上电浪涌电流最简单有效的方法是:在整流器与滤波电容器之间或在整流器的输入侧加一负温度系数热敏电阻(NTC),如图(a)所示,利用负温度系数热敏电阻上电前在常温状态下的较高阻值限制上电浪涌电流。上电后,由于NTC上流过电流,并消耗电能发热,使其电阻值降低以减小NTC上的损耗。这种方法的特点是简单,但存在的问题是限制上电浪涌电流性能受环境温度和NTC的初始温度影响。因此,在环境温度较高或并机、在上电时间间隔很短时,NTC起不到限制上电浪涌电流的作用。因此,这种限制上电浪涌电流方式仅用于价格低廉的微机电源适配器或其他低成本电源适配器。而在一些彩色电视机和显示器上,限制上电浪涌电流则采用串一限流电阻的方法,电路如图2.2(b)所示,最常见的应用是彩色电视机,这种方法的优点是简单、可靠性高,允许在宽环境温度范围内和电视内在最高温度可达60℃以上正常工作,其缺点是限流电阻上有损耗,降低了电源效率。事实上,整流器上电处于稳态工作后,这一限流电阻的限流作用已完成,仅起到消耗功率、发热的副作用。因此,在功率较大的开关电源中采用上电经一个延时后用一个机械触点或电子触点将限流电阻短路,电路如图所示



浪涌电压抑制器件及对策
由于浪涌电压的问题具有与自然现象的雷电类似且瞬间发生、消失、难以重现等很难被掌握的参数,因此其对策经常被回避。但是现实应用中,当浪涌电压发生时,其影响程度正在逐渐变大,因此需要对浪涌电压对策的重要性有一个新的认识。

1.气体放电管
气体放电管也称避雷管。气体放电管具有很强的浪涌吸收能力,很高的绝缘电阻和很小的寄生电容,对正常工作的设备不会带来任何有害影响。但它对浪涌的起弧响应与对直流电压的起弧响应之间存在很大差异。例如,90V气体放电管对直流的起弧电压是90V,而对5kV/μs的浪涌起弧电压最大值可能达到1000V。这表明气体放电管对浪涌电压的响应速度较低,故它比较适合作为线路和设备的一次保护。
气体放电管是把一对放电间隙封装在充以放电介质(如惰性气体)的玻璃或陶瓷体中,即构成气体放电管。常用的放电管击穿电压在一百多伏到几千伏,一旦浪涌电压达到放电管击穿电压时,管内气体电离,放电管由原来的开路状态变为近似短路。
气体放电管在电路中和被保护的设备并联,没有浪涌电压时,放电管的阻抗非常大,不会导通。当浪涌电压侵入时,放电管里的气体分子发生电离,产生出自由电子和正离子,这时气体就变得能导电了。此时,管压降下降,使设备两端电压降低,给浪涌提供了泄放通路,保护设备或系统免受浪涌电压(电流)的损坏。气体放电管对浪涌的抑制波形如图所示,图(a)为浪涌电压波形,图(b)为加装气体放电管后浪涌电压的波形。

气体放电管允许的放电电流值和放电时间有关,电流越大,不损坏气体放电管所允许的放电时间就越短。放电后,气体放电管要经过一段恢复时间才能恢复原来的特性,放电电流越小,放电时间越短,则恢复时间就越短。气体放电管由于具有气体放电的特性,所以它的浪涌吸收能力较大,可大于10kA(几十微秒),但它对浪涌电压响应速度较低。虽然气体放电管具有可承受很大电流冲击的能力,且体积小、价格低,但它响应速度慢,在导通期间电源适配器输入端近似变为短路,有可能造成上一级空气开关跳闸。在一些不允许短暂中断电源适配器的场合不应采用气体放电管来保护。但由于其价格便宜,在一般要求不高的场合,可用它作为第一级或第二级保护元器件。



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| 发布时间:2019.06.13    来源:电源适配器厂家
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