前段时间研究了下开关电源,当时不明白两个问题。
问题是关于的。
让我们告诉你。
为了照顾不做电源的学生,我先简单介绍一下这个NTC是什么,用什么,让大家都能看到。
,就是。
NTC放在上面的电路里,功能是。
启动前,滤波电容器无电,电容器两端电压为0V。在开机的瞬间,电容2端的电压不能突变,还是0V,相当于短路,二极管导通压降也很小,所以压降主要落在NTC上面。
如果回路中没有,可以想象NTC,那么这个电流是非常大的,或者NTC电阻小,电流大。
串联路上串联一个NTC热敏电阻,在启动前,热敏电阻温度相对较低,因此电阻相对较大,可以很好地限制启动时的浪涌电流。
启动后,热敏电阻温度升高,电阻值较低,不会造成过度损耗。
因为当启动时,大电流会流过二极管,如果电流过大,二极管可能会损坏,毕竟,整流二极管是。
IFSM以下参数:
然后问题来了。
开机后使用一段时间,然后,此时热敏电阻温度还没有下降,电阻值还是比较小的。
我们以以热敏电阻为例,如下图所示NTC温度和阻值的曲线。
。
我们的电源通常是密封的。工作一段时间后,如果散热不良,内部整体温度可能达到75℃的。
如果在25℃在75岁时抑制浪涌电流是合适的℃很有可能抑制不好。
当然,我在这里说75℃例如,实际温度可以高也可以低。我只是想解释一下,如果温度高,热敏电阻值会降低很多。
世界上最高的市电是240V,允许偏差范围为±10%的最高电压是240*110%=264V。
峰值电压为373V。在启动后的瞬间,电容相当于短路,如果在市电波峰或谷(市电为正弦波,峰谷电压分别为±373V),那么这个373V热敏电阻将通过两个二极管加入NTC上面了。
,那么NTC热敏电阻是5Ω,浪涌电流峰值为 (粗略计算,忽略二极管导电压)。
,热敏电阻值为1.5Ω,浪涌电流峰值为
在实际应用中,我找到了一个60W开关电源(如12V/5A输出)电路图。
图中选择热敏电阻,用于整流桥。
从前面算出,25℃冷启动时电流峰值为74.6A,小于IFSM,所以没问题。
但是。
。
我在网上查了一下,:
目的是在充电后启动电容器NTC短路掉,这样NTC不会发烧,NTC会处于一个较低的温度。这样即使工作一段时间,掉电马上开机,NTC电阻不会太小。
。
。
但无论如何,大功率电源和继电器确实降低了热启动的风险。
最大的区别是电源大,整流桥后面电容量大,
我们应该能够想到第一点,,以电容为理想。
那我们现在就把吧ESR补上。
首先要知道铝电解电容ESR根据损失的正切值,可以得到这种情况。
耐压达到400V铝电解电容器损耗正切值,厂家一般只标注最大值,最大值一般为0.15,0.2或者是0.每个家庭都有一些区别。
比如下图是铝电解电容电解电容,。
当然,这是,实物电容可能达不到。
我们,方法也很简单。
由于电容等效,损耗角正切值的定义是有功功率除以无功功率ESR与电容C串联(此时频率低,为120Hz,等效串联电感可以忽略),功率等于电流的平方乘以阻抗,串联电流相同,因此功率比为阻抗比。
。
我们,当然,这是可能的,因为厂家给出的损失正切值是最大值。
虽说这个具体ESR我们不知道它值多少,但我们可以看到它已经比75好了℃时的NTC的阻值1.5Ω要大了。
至少可以解释这个铝电解电容ESR已经相当可观了,不能忽视。
,此时的浪涌电流是373V/(1.5 2.65)=89.87A,这个时候已经比二极管好了。IFSM=120A要小了。
当然,实际的铝电解电容器ESR比2.65Ω而且,这是在20年,℃当温度升高时,铝电解电容器ESR会降低,实际浪涌电流会更大。
此外,不同品牌的铝电解电容器ESR也是同的,如果选用损耗正切值最大是0.15的,那么最大ESR是1.66Ω,计算此时的浪涌电流是373/(1.5+1.66)=118A,这已经很接近IFSM=120A了。
。
虽说没到最终结果,但是我们现在应该知道这一点,。
从电容手册可以看到,相同耐压下,最大损耗正切值一样。
那么根据公式,,而开关电源中我们实际使用的滤波电容容量大小与功率成正比。
10W使用22uF滤波电容,ESR最大是14.45Ω
60W使用120uF滤波电容,ESR最大是2.65Ω
600W使用1200uF滤波电容,ESR最大是0.265Ω
所以也能看出。
。
当然,。
因为功率小,我们会选用电流更小的二极管,二极管的IFSM也会更低,我们本就需要将浪涌电流限制到更低的水平。
所以,还是说明不了为什么小功率电源的NTC不用继电器,大功率电源的NTC要用继电器。
这时候我想起来了。
IFSM的值是在。
它指的是,给二极管通过,允许通过的电流最大值就是IFSM值。
当然也指明了这个正弦波的频率是。
如果滤波电容较小,那么很容易想到,。关于这一点,我简单的做了个仿真。
,原本5Ω的NTC阻值变为1.5Ω,电解电容,,当在市电正弦波为波峰时上电,LTspice仿真电路电路如下图
输入电压与二极管D1的电流波形如下图:
可以看到,二极管的最高电流与前面的计算基本是一致的,373V/(1.5+2.65)=89.87A。
但是电流的波形根本就不是IFSM的那种正弦波测试波形,而是很快下降的,并且,比8.3ms与10ms小不少。
想想这个现象也正常。
根据电荷量Q=C*U=I*t,电容量限,以较大的电流去充电,电容的电压可不就很快充上来了么?
我们仅仅将电容改成1000uf,其它参数不变(先暂时不管ESR的减小)。仿真波形如下
可以看到,最高值还是不变的,接近90A,但是电流持续的时间变长了,大概是3.5ms
尽管两种情况的浪涌电流峰值是相同的,都接近于90A。但是在电容容量更大时,因为持续的时间更长,对二极管的冲击肯定是更剧烈的。
可以想象,。
这样我们可以反过来想,在电容更小的时候,因为充电电流持续的时间更短,那浪涌电流峰值是不是可以超过IFSM也不会烧坏。
。
但不是每个整流二极管都会标这个参数。
我找到了一个更为详细的二极管的手册,。
可看到,它有2个IFSM参数。
也就是说如果浪涌电流是只持续1ms的正弦波形,那么可以扛住1265A,这是8.3ms的400A的3倍多。
然后我们注意下二极管的,电流的平方乘以时间。
这个I2t应该就是。这个二极管的I2t=800。
其实,的
在t=10ms的时候
I2t=(0.707*IFSM)^2*10ms=800,可求得10ms时的IFSM=400A。其中0.707是因为正弦波的有效值是峰值的0.707倍。
同理,t=1ms的时候
I2t=(0.707*IFSM)^2*1ms=800,可求得1ms时的IFSM=1265A。
从上图可以看到,算出的这两个参数都是和芯片手册吻合的。
从以上可以看出,如果。
这个D75JFT80V也给出了不同时间允许的电流曲线,如下图:
根据这个方法,我们再来看看。
经过仿真我们知道,电流持续时间大概是1.5ms(注意,如果不足1ms,也要用1ms计算,因为这个参数有要求,那就是1ms<t<8.3ms)。
。也就是说如果电流只流过1.5ms,那么这个整流桥可以扛过282A的电流。
从前面计算我们知道,即使是75℃热启动,使用ESR更低的电容(损耗正切值0.15),电流峰值可能会达到I=373/(1.66+1.5)=118A,这个也是不到282A的一半的,。
好了,关于为什么小功率电源的NTC不用加继电器,而大功率电源,一般要加继电器。。
,,对抑制浪涌尖峰有很好的作用 。如此同时,滤波电容小,浪涌持续的时间就短,实际二极管能扛过的浪涌电流更大,能超过芯片手册里面的IFSM(8.3ms/10ms时)更多。所以即使是热启动,NTC的阻值比较低,浪涌电流大些,也不会烧坏。
,对抑制浪涌尖峰作用小,抑制浪涌尖峰对NTC的依赖更大。同时浪涌持续时间长,可能超过IFSM(8.3ms/10ms时)一点点就坏了,所以必须严格控制,不然就真的拔插下电源进行热启动整流二极管就坏了
以上就是我分析问题的过程,如有问题,请在底部指出。
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