开关电源启动冲击电流详解
电源启动冲击电流详解
By:J S
一、冲击电流危害：
由于所有的开关电源，根据不同的功率等级，初级大部分存在储能电容。
因此导致启动瞬间会有较大的冲击电流，此冲击电流对于电网、供电设备均有较大干扰，对于电源、模块自身主功率回路中的整流桥、继电器等器件的耐冲击性、可靠性均有较高要求。
例如：电源启动时，流过整流桥的电流脉冲过大，如果超出标称值，整流桥易损坏，特别是在高温环境下启动时。
再者很多人会发现，在启动某个较大功率电子设备时，旁边如果有视频显示器，经常会有干扰的信号出线在屏幕上。
严重时会导致屏幕重启一次。
所以有效的控制冲击电流对于电源的可靠性提高、环境中干扰地减小均有积极的意义。
以下从数学理论计算出发分析。
得到一个合理的设计值。
对于AC/DC，DC/DC电源设计工程师均有帮助。
二、原理说明：
首先冲击电流和以下参数有关：输入电压最高电压Vmax，回路中的电阻R，回路中的电感L，以及储能电容C。
等效为下图：
做一个必要的假设，原因为我们很多朋友想通过试验来验证这个结论的正确性，以免试验和结论偏差很大：输入源就像一个大海，C电容就像一个水瓢，L\R是一个人的动作快满。
必须设定无论如论这个人舀水速度的快慢，均不会影响海平面的高低，即输入电压的值。
第一步：我们先来确认电容C上的电压T(t)变化情况，
---------------------------------------------------电感等效电阻
注意：假设电感不会饱和。
V0:电解上初始电压值，启动时可以设为0V。
Vmax:输入电压最大值。
C：电容值。
L：电感值。
R：电阻值。
首先给出几个不同组合R、C、L,对应的电压上升时间，后续对于结论说明有帮助。
请细看，
输入电压：330V
R=5，L=10uH，C=220uF电压上升到300V大约3mS。
R=0.01，L=10uH，C=220uF电压上升到300V大约0.2mS。
R=5，L=1000uH，C=220uF电压上升到300V大约4mS。
R=0.01，L=10uH，C=22uF电压上升到300V大约0.06mS。
结论：电阻越小、电容越小电容上电压建立越快。
几十个nS到几个mS，此时电感相应的等效阻抗RL(t)不可忽略，并且随之时间的减少，等效阻抗会更高。
可看到对于最初时刻的电感等效阻抗非常大，0.06mS时，还有大约100Ω左右的等效阻抗。
进一步结论：在输入启动时间很短时，可以取消限流电阻。
冲击电流同样不会超。
废话不多说，很多人已经很不耐烦要直接看冲击电流的波形了。
要求设定的冲击电流值基本相等：
R=5，L=10uH，C=220uF
R=0.01，L=25uH，C=22uF
R=0.01，L=250uH，C=220uF
结论：
1、对于小电容，可以去掉限流电阻R，只用电感和布线电阻来限制冲击电流。
2、对于大电容，也可以通过单独的电感来限制，但是感量要足够大。
此方法可
行吗？答案是否定的，当电感感量很大，并且不饱和的情况下，必然要将体积做大，实际设计中你又能用多大的电感呢？对于大电容，通过增加电感感量是不实际的。
3、储能电解大于22uF时，串联电阻来限制冲击电流。
建议如果选用的电感为
高u值电感，容易饱和的，请直接使用Vmax/R来得到一个最大的冲击电流值。
例如最高输入电压330V，要求冲击电流小于50A,R选用330/50=7R电阻。
对于限流电阻或热敏电阻的选型请注意功耗、和材质。
4、对于低压输入模块电源来说，就完全可以通过差膜电感和布线电阻来限制冲
击电流，减小干扰。
三、试验验证：
由于没时间单独做试验，只有下一个项目调试时再上一些试验数据。
首先明确一些测试方法，以免其他人试验数据和结论误差。
首先供电电源出来接几个电容C1\C2，要求C1、C2远大于C的容量。
电源先上电、再闭合SW1开关来测试。
开关过电流的能力也要非常大，最好选择抗冲击电流较大的空气开关。
2016-12-9。
开关电源 S-350-24参数
单路输出开关电源 S-350-24S代表型号，350代表W数，24代表输出电压。
即交流进，直流出输入电压范围----90-132VAC，180～264VAC47～63Hz开关选择冲击电流----冷启动电流15A/115V 30A/230V直流电压可调范围----额定输出电压的10%过载保护----105～150%关断电流，自动恢复过压保护----输出电压的115%～135%启动、上升、保持时间----200ms，50ms,20ms耐压性----输入输出间；输入与外壳1.5KVAC输出与外壳，0.5KVAC历时一分钟工作温度、湿度---- -10℃～+60℃，20%～90%RH安全标准----参照UL1012设计EMC标准----EN 55022:1998, EN 61000-3-21-3 EN55024:1998 (EN 61000-4 -21-31-41-51-61-11)连接方法----9位9.5mm接线端子质量/包装----1.1Kg,12PCS/13.5Kg/1.01CUFT 5V开关电源序号型号输出电压/电流容差纹波效率1 S-350-5 5V,0-50.0A 正负2% 150mv 73%2 S-350-7.5 7.5V,0-40.0A 正负2% 150mv 76%3 S-350-12 12V,0-29.0A 正负1% 150mv 79%4 S-350-13.5 13.5V,0-25.8A 正负1% 150mv 79%5 S-350-15 15V,0-23.2A 正负1% 150mv 80%6 S-350-24 24V,0-14.6A 正负1% 150mv 81%7 S-350-27 27V,0-13.0A 正负1% 200mv 82%8 S-350-48 48V,0-7.3A 正负1% 240mv 83%。
开关电源冲击电流
开关电源冲击电流
浪涌电流通常使用罗氏线圈来测量，目前全球做的最好的是pearson这一家的，很贵，动辄上万。
自己也可以试着利用欧姆定律做，即使用一个较小的电阻，比如0.1ohm，功率和耐压够大，穿在线路中测量他的电压，就可以知道电流了。
当然要使用无感的，使用电阻率合适的康铜丝可以，采用对绕的方式。
具体可参见西交大陈景亮老师和姚学龄老师的书，具体书名忘记了。
这个要有专门的检测设备才能做的，深圳天盾防雷有这些设备的，看资料找何工。
开关电源规格书中的启动冲击电流是哪一项
通常开关电源是以交流输入的，交流电源经二极管整流后得到脉动的单极性电源，为了滤除脉动纹波得到平滑的直流电源，在整流后大多采用大电容平滑滤波措施。
刚开机时由于平滑电容上的电压为零，因此刚开机时经整流得到的脉动电源将向平滑电容充电，根据电容上二端电压不能突变的原理，开机瞬间平滑电容的等效电路相当于短路，因此开机瞬间的冲击电流陡然增加，大多数开关电源的启动冲击电流基本上就是平滑电容开机瞬间容抗为为零时对平滑电容的冲充电电流击电流。
开关电源起动冲击电流测试妙方——老电工的硬核分享超“诱人”(民熔)
开关电源起动冲击电流测试窍门一、起动冲击电流起动重界电流指起机时电网对模块输入电容充电的电流，在有些情况下，由于X、Y电容造成的尖锋电流其脉宽窄（一般小于0.5ms）不记为冲击电流。
在额定输入电压，输出电压为浮充上限值，满载输出的情况下，测量输入的起动冲击电流，要求输入起动冲击电流峰值≤额定输入条件下最大稳态输入电流有效值的150％。
测试方法：在额定输入电压，输出电压为浮充上限值，满载输出的情况下，测量输入的起动冲击电流，利用电流探头和示波器的触发功能，测量输入的冲击电流，至少测试5次，取最低的一次作为测试结果。
判定标准：符合测试说明，合格；否则不合格。
二、开关机过冲测试说明：输入全电压范围，输出各种负载条件下，要求开关机过冲电压幅度≤输出整定电压值的±10％。
测试方法：在输入全电压范围，输出各种负载条件下（选取最低输入电压，最高输入电压及额定输入电压和5％负载，50％负载及100％负载的各种组合情况条件），用模块前空开作为开关，利用示波器触发功能测量输出电压在开机时的过冲波形和关机时的过冲波形。
然后用示波器的测量功能，直接读出开关机过冲幅度，要求开关机过冲幅度均不能超过输出整定电压值的±10％。
判定标准：符合测试说明，合格；否则不合格。
三、负载动态响应测试说明：输入、输出电压为额定值，输出负载在额定值的25％-50％-25％和50％-75％-50％变化，恢复时间≤200us时，输出电压的超调量≤输出电压整定值的±5％；恢复时间》200us，输出电压的超调量≤输出电压整定值负载调整率（即要求不能够超过输出电压整定值的±0.5％）。
注：恢复时间是指直流输出电压变化量上升至大于稳压精度处开始，会至小于等于并不超过稳压精度处止的这段时间。
测试方法：输入为额定电压，输出整定在屋顶之，利用电子负载的恒流模式设置跳变来实现输出负载的跳变（跳变时间为5ms，如果5ms内，模块无法回复到稳态，需要让跳变时间加长，让模块能够达到稳态。
开关电源inrush current标准
开关电源inrush current标准
开关电源的inrush current（通常称为开机冲击电流）指的是在
开机瞬间电源输入端产生的高峰电流。
开机冲击电流通常是由于电容器充电时瞬时产生的高电流引起的。
对于开关电源的inrush current，有以下两个相关的标准：
1. IEC 61000-3-2：该标准规定了电力设备的输入谐波电流限值，包括开机冲击电流的影响范围和限制。
2. IEC 62368-1：该标准是一个安全性标准，适用于电子和电
气设备的设计和评估。
其中一项要求是对开关电源的inrush current进行限制，以避免对其他设备或电网造成干扰或损害。
一般情况下，开关电源的inrush current需要通过采用电流限
制器、软启动电路或电容预充电等手段来控制，以确保在开机时不会对其他设备或电网产生过大的干扰。
不同的标准和应用需求可能对inrush current有不同的要求和限制，因此在选择
和设计开关电源时，需要考虑并满足相关标准的要求。
S-201-24开关电源参数
EMC标准----EN 55022:1998, EN 61000-3-21-3 EN55024:1998 (EN 61000-4-21-31-41-51-61-11)
连接方法----9位9.5mm接线端子
质量/包装----1.3Kg,12PCS/12.0Kg/1.0CUFT
直流电压可调范围----额定输出电压的10%
过载保护----105～150%关断电流，自动恢复
过压保护----输出电压的115%～135%
启动、上升、保持时间----200ms，50ms,20ms
耐压性----输入输出间；输入与外壳1.5KVAC输出与外壳，0.5KVAC历时一分钟
工作温度、湿度---- -10℃～+60℃，20%～90%RH
150mv
80%
S-201-24
24V,8.3A
正负1%
150mv
81%
S-201-27
27V,7.4A
正负1%
200mv
82%
S-201-48
48V,4.2A
正负1%
240mv
83%
产品详细资料下载：S-201-12
型号
输出电压
容差
波纹
效率
S-201-5
5V,0-40A
正负2%
150mv
73%
S-201-7.5
7.5V,0-26A
正负2%
150mv
76%
S-201-12
12V,0-16.5A
正负1%
150mv
79%
S-201-13.5
13.5V,14.7A
正负1%
150mv
79%
AC-DC开关电源的冲击电流限制方法
AC/DC开关电源的冲击电流限制方法1、串连电阻法对于小功率开关电源，可以用象图1的串连电阻法。
如果电阻选得大，冲击电流就小，但在电阻上的功耗就大，所以必须选择折衷的电阻值，使冲击电流和电阻上的功耗都在允许的范围之内。
串连在电路上的电阻必须能承受在开机时的高电压和大电流，大额定电流的电阻在这种应用中比较适合，常用的为线绕电阻，但在高湿度的环境下，则不要用线绕电阻。
因线绕电阻在高湿度环境下，瞬态热应力和绕线的膨胀会降低保护层的作用，会因湿气入侵而引起电阻损坏。
图1所示为冲击电流限制电阻的通常位置，对于110V、220V双电压输入电路，应该在R1和R2位置放两个电阻，这样在110V输入连接线连接时和220V输入连接线断开时的冲击电流一样大。
对于单输入电压电路，应该在R3位置放电阻。
图1. 串连电阻法冲击电流控制电路（适用于桥式整流和倍压电路，其冲击电流相同）2、热敏电阻法在小功率开关电源中，负温度系数热敏电阻（NTC）常用在图1中R1,R2,R3位置。
在开关电源第一次启动时，NTC的电阻值很大，可限制冲击电流，随着NTC的自身发热，其电阻值变小，使其在工作状态时的功耗减小。
用热敏电阻法也由缺点，当第一次启动后，热敏电阻要过一会儿才到达其工作状态电阻值，如果这时的输入电压在电源可以工作的最小值附近，刚启动时由于热敏电阻阻值还较大，它的压降较大，电源就可能工作在打嗝状态。
另外，当开关电源关掉后，热敏电阻需要一段冷却时间来将阻值升高到常温态以备下一次启动，冷却时间根据器件、安装方式、环境温度的不同而不同，一般为1分钟。
如果开关电源关掉后马上开启，热敏电阻还没有变冷，这时对冲击电流失去限制作用，这就是在使用这种方法控制冲击电流的电源不允许在关掉后马上开启的原因。
3、有源冲击电流限制法对于大功率开关电源，冲击电流限制器件在正常工作时应该短路，这样可以减小冲击电流限制器件的功耗。
在图2中，选择R1作为启动电阻，在启动后用可控硅将R1旁路，因在这种冲击电流限制电路中的电阻R1可以选得很大，通常不需要改变110V输入倍压和220V输入时的电阻值。
S-350-24 开关电源参数
150mv
79%
4
S-350-13.5
13.5V,0-25.8A
正负1%
150mv
79%
5
S-350-15
15V,0-23.2A
正负1%Βιβλιοθήκη 150mv80%6
S-350-24
24V,0-14.6A
正负1%
150mv
81%
7
S-350-27
27V,0-13.0A
正负1%
200mv
82%
8
S-350-48
48V,0-7.3A
正负1%
240mv
83%
官方站：
过压保护----输出电压的115%～135%
启动、上升、保持时间----200ms，50ms,20ms
耐压性----输入输出间；输入与外壳1.5KVAC输出与外壳，0.5KVAC历时一分钟
工作温度、湿度---- -10℃～+60℃，20%～90%RH
安全标准----参照UL1012设计
EMC标准----EN 55022:1998, EN 61000-3-21-3 EN55024:1998 (EN 61000-4-21-31-41-51-61-11)
连接方法----9位9.5mm接线端子
质量/包装----1.1Kg,12PCS/13.5Kg/1.01CUFT开关电源
序号
型号
输出电压/电流
容差
纹波
效率
1
S-350-5
5V,0-50.0A
正负2%
150mv
73%
2
S-350-7.5
7.5V,0-40.0A
正负2%
150mv
76%
启动冲击电流测试方法
启动冲击电流测试方法一、启动冲击电流测试的重要性。
1.1 这启动冲击电流测试啊，就像给设备做个“健康大检查”里的关键一环。
您想啊，设备刚启动的时候，电流就像一群刚被放出笼子的小野兽，可能会突然来个“猛扑”，这个猛扑的力量就是启动冲击电流。
要是不搞清楚这个电流到底有多大，就好比闭着眼睛在走钢丝，危险得很呢。
1.2 在实际的工程和设备使用场景中，启动冲击电流可能会对整个电路系统产生影响。
就好比一个小石子可能在平静的湖面上激起千层浪一样，这个突然增大的电流可能会让其他设备“惊着”，导致电路不稳定，甚至可能损坏一些比较脆弱的元件。
这时候，启动冲击电流测试就像是一个“侦探”，去找出这个潜在的“捣乱分子”。
二、测试方法的准备工作。
2.1 首先呢，咱得有合适的测试仪器。
这就好比战士上战场得有趁手的兵器一样。
电流表那是必不可少的，而且得是那种能够精确测量瞬间大电流的电流表。
这电流表的精度啊，就如同厨师切菜的刀工，越精准越好。
2.2 测试环境也很重要。
要找个相对稳定的地方，不能周围到处都是干扰源。
这就像盖房子得找个平稳的地基一样。
要是周围电磁场乱得像一锅粥，那测试出来的数据就跟喝醉了酒的人说的话一样，不可靠。
2.3 还有就是要对被测试的设备有足够的了解。
就像医生看病得先知道病人的基本情况一样。
知道设备的额定功率、额定电流这些基本参数，这样在测试的时候心里才有底，不至于像没头的苍蝇到处乱撞。
三、具体的测试步骤。
3.1 第一步，连接好测试电路。
这一步可得小心谨慎，就像绣花一样，一针一线都不能出错。
把电流表正确地串联到电路中，确保电路的其他部分连接牢固。
要是这一步出了岔子，那后面的测试就全乱套了，就像火车脱了轨，根本没法正常进行。
3.2 然后呢，启动被测试设备。
这时候就像是在等待一场大戏的开场。
眼睛紧紧盯着电流表，看它瞬间的读数变化。
这个读数就像是设备启动时的“心跳”，反映出启动冲击电流的大小。
一旦设备启动完成，要迅速记录下这个最大的电流值。
开关电源测试总规范
¾ 测试说明：负载调整率为输入电压为额定值时，输出负载在全范围变 化引起输出电压波动不应超过一定的范围。 ¾ 测试方法：输入电压取额定值输入时，输出负载分别带最小载、半载 和满载时，记录三组输出电压值（U1、U0、U2），然后根据计算公 式：负载调整率={(U- U0)/U0}×100％ 得出被测电源的负载调整率， 公式中‘U’为U1和U2相对于U0变化最大的值。 ¾ 判断标准：标准要求电源产品的负载调整率应不超过输出电压整定值 的±0.5%。具体要求的值需参考产品规格书。 稳压精度 ¾ 测试说明：输入电压在该电源的全范围内变化，输出负载电流在最小 载和满载范围内变化，测试输出电压偏离整定值的百分比。 ¾ 测试方法：先取电源在额定值输入、输出半载时的输出电压整定值 （U0）。然后取被测电源在输入下限电压，负载在小载和满载之间变 化时，输出电压相对输出电压整定值变化最大的电压值（U1）。再取 然后取被测电源在输入上限电压，负载在小载和满载之间变化时，输 出电压相对输出电压整定值变化最大的电压值（U2）。最后根据计算 公式：稳压精度={(U- U0)/U0}×100％ ，公式中‘U’为U1和U2相对于 U0变化最大的值。
¾ 判断标准：标准要求电源产品的稳压精度应不超过输出电压整定值的 ±0.6%，具体要求数值可参考产品规格书。 开关机过冲幅度 ¾ 测试说明：开关机过冲幅度是指电源在开机或关机时，引起直流电压 变化的最大峰峰值。 ¾ 测试方法：利用面板开关或输入开关开机或关机，用数字示波器的单 机触发功能监测输出电压在开机/关机过程中产生的过冲幅度。 ¾ 判断标准：标准要求电源产品的开关机过冲幅度最大不应超过输出电 压整定值的±10%。 启动时间 ¾ 测试说明：在额定输入电压和额定负载的条件下，输出电压上升到额 定输出电压值的时间。 ¾ 测试方法：用双通道数字示波器分别测量输入电压和输出电压（注意 应有一个通道采用高压探头，并避免输入和输出的共地），测试输入 电压建立和输出电压上升稳定到额定输出电压的时间为启动时间。 ¾ 判断标准：标准要求电源产品的启动时间应在3~10秒范围内，具体的 值可参考产品规格书。
电源输入冲击电流限制法
图8.带外接电容C2的N型MOS管极间电容等效电路
MOS管的极间电容栅漏电容Cgd、栅源电容Cgs、漏源电容Cds可以由以下公式确定：
公式中MOS管的反馈电容Crss,输入电容Ciss和输出电容Coss的数值在MOS管的手册上可以查到。
电容充放电快慢决定MOS管开通和关断的快慢，为确保MOS管状态间转换是线性的和可预知的，外接电容C2并联在Cgd上，如果外接电容C2比MOS管内部栅漏电容Cgd大很多，就会减小MOS管内部非线性栅漏电容Cgd在状态间转换时的作用。
图3.通信系统的最大冲击电流限值（AC/DC电源）
图4.通信系统在标称输入电压和最大输出负载时的冲击电流限值（DC/DC电源）
冲击电流的大小由很多因素决定，如输入电压大小，输入电线阻抗，电源内部输入电感及等效阻抗，输入电容等效串连阻抗等。这些参数根据不同的电源系统和布局不同而不同，很难进行估算，最精确的方法是在实际应用中测量冲击电流的大小。在测量冲击电流时，不能因引入传感器而改变冲击电流的大小，推荐用的传感器为霍尔传感器。
外接电容C2被用来作为积分器对MOS管的开关特性进行精确控制。控制了漏极电压线性度就能精确控制冲击电流。
电路描述：
图9所示为基于MOS管的自启动有源冲击电流限制法电路。MOS管Q1放在DC/DC电源模块的负电压输入端，在上电瞬间，DC/DC电源模块的第1脚电平和第4脚一样，然后控制电路按一定的速率将它降到负电压，电压下降的速度由时间常数C2*R2决定，这个斜率决定了最大冲击电流。
也可用热敏电阻法来限制冲击电流，但由于DC/DC电源的输入电压较低，输入电流较大，在热敏电阻上的功耗也较大，一般不用此方法。
3.2有源冲击电流限制法