开关电源吸收浪涌
开关电源开发过程中产生浪涌电流的原因及原理
开关电源开发过程中产生浪涌电流的原因及原理
在各种过去和现在常用的电源中，开关电源是很普及的，一般可以满足任何设计要求。
这种电源很经济，但在工业设计中也存在一些问题。
这就是很多开关电源(特别是大功率开关电源)，都存在一个固有的缺点：在加电瞬
间要汲取一个较大的电流。
这个浪涌电流可能达到电源静态工作电流的1O 倍～100倍。
由此，至少有可能产生两个方面的问题。
第一，如果直流电源
不能供给足够的启动电流，开关电源可能进入一种锁定状态而无法启动；第二，这种浪涌电流可能造成输入电源电压的降低，足以引起使用同一输入电源的其它动力设备瞬间掉电。
传统的输入浪涌电流限制方法是串联负温度系数热敏限流电阻器(NTC)，
然而这种简单的方法具有很多缺点：如NTC电阻器的限流效果受环境温度影响较大、限流效果在短暂的输入主电网中断(约几百毫秒数量级)时只能部分
地达到、NTC电阻器的功率损耗降低了开关电源的转换效率……。
其实上面提出的这两个问题可以通过一个“软启动电路”来解决，下面详细介绍之。
1 开关电源浪涌电流产生的原因
开关电源的输入电路大都采用电容滤波型整流电路，在进线电源合闸瞬间，由于电容器上的初始电压为零，电容器充电瞬间会形成很大的浪涌电流，特别是大功率开关电源，采用容量较大的滤波电容器，使浪涌电流达100A以上。
在电源接通瞬间如此大的浪涌电流，重者往往会导致输入熔断器烧断或合闸开关的触点烧坏，整流桥过流损坏;轻者也会使空气开关合不上闸。
上述现象均会造成开关电源无法正常工作，为此几乎所有的开关电源都设置了防止流涌电流的软启动电路，以保证二手机器人电源正常而可靠运行。
2 软启动电路电气工作原理。
开关电源浪涌吸收电路
开关电源浪涌吸收电路开关电源是现代电子设备中常用的电源供应方式之一，具有体积小、效率高、可靠性强等优点。
然而，开关电源在工作时会产生电压和电流的快速变化，这就会引起浪涌电压和浪涌电流，对电子设备造成损害。
为了保护电子设备免受浪涌电压和浪涌电流的侵害，需要采用浪涌吸收电路。
浪涌是瞬时的电压、电流和功率的突然上升或下降现象。
在电源开关、电源线路连接和电源负载的瞬态变化、电源开关的突然断开或闭合以及其他因素的影响下，都会产生浪涌电压和浪涌电流。
浪涌电压和浪涌电流对电子设备造成的损害有以下几方面：1. 频繁的浪涌电压和电流会导致电子元器件的过电压、过电流现象，使元器件的工作电压或电流超过其额定值，从而损坏元器件。
2. 浪涌电压和电流会导致电子设备内部的线路板、电容等元器件受到电磁干扰，从而影响设备的正常工作。
3. 浪涌电压和电流会产生热量，进而引起设备的温升过高，甚至导致设备的烧毁。
为了解决上述问题，需要在开关电源中引入浪涌吸收电路。
浪涌吸收电路通过引入吸收器件来吸收浪涌电压和浪涌电流，从而保护电子设备免受损害。
浪涌吸收电路的主要组成部分包括：1. 吸收器件：吸收器件是浪涌吸收电路中最核心的部分，常用的吸收器件包括二极管、金属氧化物压敏电阻（MOV）等。
这些吸收器件具有较高的电压容忍能力和快速响应的特点，能够迅速将浪涌电压和电流导向地线，从而保护电子设备。
2. 过滤器：过滤器用于滤除输入电源中的高频噪声和杂波，以减少浪涌电压和电流对设备的影响。
3. 保险丝：保险丝用于在电压和电流超过设定值时切断电路，以保护电子设备不受过载损坏。
浪涌吸收电路的工作原理是：当浪涌电压或电流超过设定值时，吸收器件会迅速导通，将浪涌能量引导到地线，从而保护电子设备。
当浪涌电压或电流恢复正常时，吸收器件会恢复到正常工作状态。
在设计浪涌吸收电路时，需要考虑以下几个因素：1. 吸收器件的选择：不同的电子设备对浪涌电压和电流的容忍能力不同，因此需要选择合适的吸收器件。
一种防雷击浪涌的开关电源电路设计
一种防雷击浪涌的开关电源电路设计防雷击和浪涌是电路设计中必须要考虑的重要因素，它们可以对电气设备和电子元件造成严重的损害。
下面将介绍一种针对防雷击和浪涌的开关电源电路设计。
开关电源是一种将交流电转换为稳定输出直流电的电源。
在设计开关电源时，需要考虑输入端的防雷击和浪涌保护。
防雷击保护主要考虑雷电产生的高压瞬态脉冲对电路带来的损害。
为了降低这种损害，可以采用以下措施：1.使用射频滤波器：在输入端加入适当的射频滤波器可以减少高频噪声和干扰。
这些滤波器可以阻止雷击电流进入电路，保护负载电路免受雷击的影响。
2.使用整流器和大容量电容：在输入端加入整流器和大容量电容可以对电路进行平滑滤波，减少电路中的纹波电流。
这可以保护电路免受雷击电流的影响。
3.使用继电器：在输入端加入一个继电器可以在雷击发生时隔离电路。
当雷击产生时，继电器可以迅速切断电源电路，保护电路免受雷击的影响。
在设计开关电源时，浪涌保护也是一个重要的考虑因素。
浪涌是指短时间内大电流脉冲通过电路。
为了防止浪涌对电路造成的损害，可以采取以下措施：1.使用过电压保护器：过电压保护器可以检测并限制过电压的电流。
当浪涌电流超过设定值时，过电压保护器会迅速切断电路，保护电路免受浪涌的影响。
2.使用过流保护器：过流保护器可以检测并限制过大的电流。
当浪涌电流超过设定值时，过流保护器会迅速切断电路，保护电路免受浪涌的影响。
3.使用TVS二极管：TVS二极管可作为浪涌保护器，可以在系统发生浪涌时迅速反应并引导过电流。
TVS二极管用作浪涌保护器时，在未触发时表现为开路状态，当瞬态电压超过其额定电压时，TVS二极管将变为低阻抗状态，并通过引导大电流来保护电路。
综上所述，防雷击浪涌保护开关电源电路设计需要综合考虑多个因素，包括射频滤波器、整流器和大容量电容、继电器、过电压保护器、过流保护器和TVS二极管等。
这些措施可以有效地保护电路免受雷击和浪涌的影响。
开关电源浪涌测试标准
开关电源浪涌测试标准一、引言。
开关电源是电子设备中常见的电源供应方式，但在实际使用中，由于各种原因可能会导致电源浪涌，给设备带来损坏甚至危险。
因此，对开关电源的浪涌测试标准具有重要意义，本文将对开关电源浪涌测试标准进行详细介绍。
二、标准概述。
1. 浪涌现象。
开关电源在开关过程中会产生浪涌电流和浪涌电压，这种瞬时的电压和电流变化会对设备造成损害，因此需要进行浪涌测试以评估设备的抗浪涌能力。
2. 浪涌测试标准。
浪涌测试标准是对开关电源进行浪涌测试时所需遵循的规范和要求，包括测试方法、测试条件、测试设备等内容，其主要目的是评估设备在浪涌情况下的可靠性和稳定性。
三、浪涌测试方法。
1. 电压浪涌测试。
电压浪涌测试是对开关电源在电压浪涌情况下的抗干扰能力进行评估，主要包括暂态浪涌和长时间浪涌两种情况。
测试时需要使用相应的浪涌发生器对设备进行电压浪涌测试，根据标准规定的测试条件进行测试。
2. 电流浪涌测试。
电流浪涌测试是对开关电源在电流浪涌情况下的抗干扰能力进行评估，同样需要使用浪涌发生器对设备进行测试，根据标准规定的测试条件进行测试。
四、浪涌测试标准的重要性。
1. 保障设备安全。
浪涌测试标准的制定和执行可以有效评估设备在浪涌情况下的可靠性，保障设备在实际使用中的安全性。
2. 提高产品质量。
通过执行浪涌测试标准，可以及时发现设备在浪涌情况下的问题，并对产品进行改进和优化，提高产品的质量和可靠性。
3. 减少事故风险。
设备在浪涌情况下容易发生故障和损坏，执行浪涌测试标准可以有效减少设备故障和事故的风险，提高设备的稳定性和可靠性。
五、结论。
开关电源浪涌测试标准是评估设备抗浪涌能力的重要依据，通过执行相关的测试方法和标准要求，可以有效保障设备的安全性和可靠性，提高产品质量，减少事故风险，对于推动电子设备行业的发展具有重要意义。
六、参考文献。
1. GB/T 17626.5-2008《电磁兼容（EMC）测量和试验技术——浪涌传导骚扰试验》。
开关电源浪涌吸收方法资料
开关电源的冲击电流控制方法开关电源的输入一般有滤波器来减小电源反馈到输入的纹波，输入滤波器一般有电容和电感组成∏形滤波器，图1. 和图2. 分别为典型的AC/DC电源输入电路和DC/DC电源输入电路。
由于电容器在瞬态时可以看成是短路的，当开关电源上电时，会产生非常大的冲击电流，冲击电流的幅度要比稳态工作电流大很多，如对冲击电流不加以限制，不但会烧坏保险丝，烧毁接插件，还会由于共同输入阻抗而干扰附近的电器设备。
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）欧洲电信标准协会(the European Telecommunications Standards Institute)对用于通信系统的开关电源的冲击电流大小做了规定，图3为通信系统用AC/DC电源供电时的最大冲击电流限值[4]，图4为通信系统在DC/DC电源供电，标称输入电压和最大输出负载时的最大冲击电流限值[5]。
图中It为冲击电流的瞬态值，Im为稳态工作电流。
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。
2. AC/DC开关电源的冲击电流限制方法2.1 串连电阻法对于小功率开关电源，可以用象图5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。
图5. 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）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。
开关电源防浪涌电路
1 引言开关电源模块的输入电路大都采用整流加电容滤波电路。
在输入电路合闸瞬间，由于电容器上的初始电压为零会形成很大的瞬时冲击电流(如图1所示)，特别是大功率开关电源，其输入采用较大容量的滤波电容器，其冲击电流可达100A以上。
在电源接通瞬间如此大的冲击电流幅值，往往会导致输入熔断器烧断，有时甚至将合闸开关的触点烧坏，轻者也会使空气开关合不上闸，上述原因均会造成开关电源无法正常投入。
为此几乎所有的开关电源在其输入电路设置防止冲击电流的软起动电路，以保证开关电源模块正常而可靠的运行。
图1 合闸瞬间滤波电容电流波形2 常用软起动电路(1)采用功率热敏电阻电路热敏电阻防冲击电流电路如图2所示。
它利用热敏电阻的Rt的负温度系数特性，在电源接通瞬间，热敏电阻的阻值较大，达到限制冲击电流的作用;当热敏电阻流过较大电流时，电阻发热而使其阻值变小，电路处于正常工作状态。
采用热敏电阻防止冲击电流一般适用于小功率开关电源，由于热敏电阻的热惯性，重新恢复高阻需要时间，故对于电源断电后又需要很快接通的情况，有时起不到限流作用。
图2 采用热敏电阻电路(2)采用电路该电路如图3所示。
在电源瞬时接通时，输入电压经整流桥和限流电阻R 对电容器C充电。
当电容器C充电到约80%的额定电压时，逆变器正常工作，经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号，使晶闸管导通并短路限流电阻R，开关电源处于正常运行状态。
图3 采用电路这种限流电路存在如下问题：当电源瞬时断电后，由于电容器C上的电压不能突变，其上仍有断电前的充电电压，逆变器可能还处于工作状态，保持晶闸管继续导通，此时若马上重新接通输入电源，会同样起不到防止冲击电流的作用。
(3)具有断电检测的电路该电路如图4所示。
它是图3的改进型电路，VD5、VD6、VT1、RB、CB组成瞬时断电检测电路，时间常数RBCB的选取应稍大于半个周期，当输入发生瞬间断电时，检测电路得到的检测信号，关闭逆变器功率开关管VT2的驱动信号，使逆变器停止工作，同时切断晶闸管SCR的门极触发信号，确保电源重新接通时防止冲击电流。
浪涌吸收回路
浪涌吸收回路浪涌吸收回路一、概述在电力系统中，由于电气设备的开关操作、雷电等原因，会产生高能量的浪涌电流和电压，对设备造成损坏。
为了保护设备免受这种损坏，需要使用浪涌吸收回路进行保护。
二、浪涌现象1. 浪涌电流当开关断开或闭合时，由于电感和电容的存在，会产生瞬态过程中的高频振荡。
这种振荡会产生高能量的浪涌电流。
2. 浪涌电压雷击或其他原因也会在线路上产生高能量的瞬态过程，产生浪涌电压。
三、浪涌吸收回路原理1. 回路组成浪涌吸收回路主要由元器件和保护装置两部分组成。
元器件包括金属氧化物体（MOV）、放大器管（GDT）、气体放电管（GAP）等。
保护装置包括熔断器、空气开关等。
2. 工作原理当线路上出现高能量的浪涌电流或电压时，元器件中的金属氧化物体会被激活，将能量吸收并转化为热量。
当吸收的能量超过元器件的承受能力时，保护装置会自动切断线路，保护设备不受损坏。
四、浪涌吸收回路应用场景1. 电源线路保护在电源线路上安装浪涌吸收回路，可以有效地保护电源设备免受浪涌电流和电压的损害。
2. 通讯线路保护通讯线路往往比较脆弱，容易受到外界环境的干扰。
安装浪涌吸收回路可以有效地保护通讯设备免受干扰和损害。
3. 照明系统保护照明系统中常常使用高压气体放电灯（HID），这种灯具有高启动电流和高工作电压。
安装浪涌吸收回路可以避免灯泡因为浪涌电流或电压而损坏。
五、总结浪涌吸收回路是一种重要的设备保护措施，可以有效地防止因为浪涌现象对设备造成的损坏。
在实际应用中需要根据不同的场景选择合适的元器件和保护装置，以达到最佳的保护效果。
浪涌电压，浪涌电压吸收器
浪涌电压，浪涌电压吸收器什么是浪涌电压浪涌电流指电源接通瞬间，流入电源设备的峰值电流。
由于输入滤波电容迅速充电，所以该峰值电流远远大于稳态输入电流。
电源应该限制AC开关、整流桥、保险丝、EMI滤波器件能承受的浪涌水平。
反复开关环路，AC输入电压不应损坏电源或者导致保险丝烧断。
电路在遭雷击和在接通、断开电感负载或大型负载时常常会产生很高的操作过电压，这种瞬时过电压(或过电流)称为浪涌电压(或浪涌电流)，是一种瞬变干扰。
浪涌电压吸收器浪涌噪声常用浪涌吸收器进行抑制，常用的浪涌吸收器有:(1)氧化锌压敏电阻氧化锌压敏电阻是以氧化锌为主体材料制成的压敏电阻，其电压非线性系数高，容量大、残压低、漏电流小、无续流、伏安特性对称、电压范围宽、响应速度快、电压温度系数小，且具有工艺简单、成本低廉等优点，是目前广泛使用的浪涌电压保护器件。
适用于交流电源电压的浪涌吸收、各种线圈、接点间浪涌电压吸收及灭弧，三极管、晶闸管等电力电子器件的浪涌电压保护。
(2)R、C、D组合浪涌吸收器R、C、D组合浪涌吸收器比较适用于直流电路，可根据电路的特性对器件进行不同的组合，如图1(a)适用于高电平直流控制系统，而图1(b)中采用齐纳稳压管或双向二极管，适用于正反向需要保护的电路。
图1R、C、D浪涌保护器(a)单向保护(b)双向保护图2TVS电压(电流)时间特性(3)瞬态电压抑制器(TVS)当TVS两极受到反向高能量冲击时，它能以10-12s级的速度，将其两极间的阻抗由高变低，吸收高达数kW的浪涌功率，使两极的电位箝位于预定值，有效地保护自动化设备中的元器件免受浪涌脉冲的损害。
TVS具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压容易控制、体积小等优点，目前被广泛应用于电子设备等领域。
①TVS的特性其正向特性与普通二极管相同，反向特性为典型的PN结雪崩器件。
图2是TVS的电流-时间和电压-时间曲线。
在浪涌电压的作用下，TVS两极间的电压由额定反向关断电压VWM上升到击穿电压Vbr而被击穿。
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中心议题：
常规RC吸收电路的功耗
高频整流电路中的新型电压毛刺无损吸收电路设计
LC选取的原则
解决方案：
主变压器二次为桥式整流电路的电压毛刺无损吸收电路
主变压器二次为双半波整流电路的电压毛刺无损吸收电路
电压毛刺是高频变换器研制和生产过程中的棘手问题，处理得不好会带来许多的问题，诸如：功率管的耐压必须提高，而且耐压越高，其通态电压越大，功耗越大，这不仅使产品效率降低，而且使电路可靠性降低;另外，高频杂音的增加，对环境造成污染;为了达到指标，
必须进一步采取措施，结果不仅使产品体积增大，而且使成本增加。
解决办法通常是：增加
主变压器中各线圈的耦合程度，以减少漏感(例如双线并绕等);选用结电容小，恢复时间短的优质开关管;增加吸收电路，最常用的是RC吸收电路，这种电路虽结构简单，但是有损的，而且变换器功率越大，需要的C越大，使R上的功耗也越大，导致R的体积很大，其结果
是产品中常常装有体积大的电阻电容，使运行环境恶化，整机效率降低。
显然这些解决办法不理想，本文将介绍两种无损电压毛刺回收电路。
1 常规RC吸收电路的功耗
RC吸收电路如图1所示，设主变压器一次侧为半桥或全桥电路，二次侧为极性交变的脉宽调制方波，并且带有毛刺，如图2所示。
这样在RC串联电路中就有充放电过程，在R 上就会有功耗。
为分析方便，先不考虑电压毛刺，uAC的电压波形为极性交变的方波。
图1 高频整流的RC吸收电路
图2 高频调制方波
设某一时刻t=0时uAC的极性为上正下负，大小为Eo，C上的电压为Eo，极性上负下正，等效电路如图3所示。
由电路方程可得
Eo= idt-Eo+iR
图3 等效电路
由初始条件t=0时，i=2Eo/R，解得i=2Eoe-t/RC/R。
电阻R上的消耗功率WR=
i2Rdt=2CE o2，即C上的电压从-Eo→+Eo变化过程中，R上的功耗为2CEo2。
充电过程结束最终C上的电压为Eo，极性反转。
一个周期内uAC翻转两次，R上的总
功耗为4CEo2。
例如：一个输出为48V的整流器，Eo通常约为150V，频率f取50kHz，电容C取1nF，则R上的功耗WR=4CEo2×f=5W。
考虑毛刺的因素实际值远大于此值。
显然，对于大功率高频率变换器，R上的功耗是相当大的。
2 主变压器二次为桥式整流电路的电压毛刺无损吸收电路
二次为桥式整流电路如图4所示。
图中D1，D2，D3，D4为主整流管;D11及D12为毛刺吸收电路专用二极管。
Lo与Co为主整流电路中的电感和电容;C为毛刺能量储存电容。
L，S，D组成毛刺能量转换释放电路。
主变压器中绕组CD和脉冲转换电路一起形成S的开关控制脉冲ugs，与绕组AB形成固定的相位关系。
绕组AB的电压uAB波形与S上的驱动脉冲波形示于图5。
图4 全桥整流电路与电压尖峰吸收电路
(a) uAB波形(b) ugs波形
图5 uAB与ugs的相位关系
其吸收原理如下所述。
1)t1-t2时段uAB处于高毛刺阶段，毛刺最大值比正常值Uo高出ΔU，这时由D1，D2，D11，D12形成全桥整流电路，对C充电，具体讲是D1和D12导通，uAB的毛刺部分将被C所吸收，使uc=Uo+ΔU。
显然，C越大，ΔU越小;毛刺越高，ΔU越大。
2)t2-t3时段uAB="Uo"，D12反偏截止。
D1与D4导通，忽略D1与D4上的压降，UEF=Uo。
以E为电压参考点，UF比UE电位低Uo，记作-Uo;由于UC=UEG=Uo+ΔUo，则UG比UE低Uo+ΔU，记作-(Uo+ΔU);这样UFG=UF-UG=ΔU。
由图5(b)可以看出，在t1-t3时间段开关管S被触发导通，UFG将使L中的电流逐步上升，使C上高于Uo部分的电压ΔU的能量逐渐转移到L上，当t3时刻uAB消失，ugs同时也消失，S截止。
L上的能量将通过D向输出电容Co释放，形成电压毛刺的无损吸收。
3)t4-t5时段绕组AB之间的电压反向，此时D2与D11导通，对C充电，之后的工作过程同t1-t2时间段。
4)t5-t6时段工作过程同t2-t3时间段。
t7时刻开始，电路将重复以上过程。
3 主变压器二次为双半波整流电路的电压毛刺无损吸收电路
二次为双半波整流电路如图6所示。
为分析方便，仍忽略D1，D2，D3的压降。
显然uAB的波形、S的驱动脉冲波形与图5完全一致。
其工作过程与桥式整流电路相似，在此不再赘述。
图6 双半波整流电路与电压尖峰吸收电路
4 关于LC选取的原则
为使上述电压毛刺无损吸收电路正常工作，在设计LC时注意下述2个问题：
1)过大的C将会使整流二极管开机瞬间冲击电流增加，过小的C将导致吸收毛刺过程中过大的电压增量ΔU，因此C要选择适当;
2)过大的L将使C中的ΔU能量无法及时转移到L中，因为ΔU=Ldi/dt，L过大，将使其中的电流增长速度减慢;L过小，则di/dt过大将使承受的应力加大只能选取大电流的开关管，同时对向输出端释放电感能量的二极管(图4中的D，图6中的D4)也提高了容量要求，因此，L的选择也要适当。