开关电源软启动电路类型简述

开关电源常用软启动电路的设计与应用，是确保电源系统稳定、可靠运行的重要环节。软启动电路的主要作用是在电源启动过程中，通过控制启动电流的大小和速率，避免对电网和负载造成过大的冲击。

一、开关电源软启动电路的重要性

开关电源的输入电路大多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，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，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，这些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都设置了防止冲击电流的软启动电路，以保证开关电源正常而可靠的运行。

二、开关电源常用软启动电路类型

1. 热敏电阻防冲击电流电路

热敏电阻防冲击电流电路是一种利用热敏电阻的负温度系数（NTC）特性来实现软启动的电路。在电源接通瞬间，热敏电阻的阻值较大，可以限制冲击电流的大小。随着电流的流过，热敏电阻发热，其阻值逐渐减小，电路进入正常工作状态。

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。

• 优点 ：
  • 结构简单，易于实现。
  • 成本较低，适用于小功率开关电源。
• 缺点 ：
  • 由于热敏电阻的热惯性，重新恢复高阻需要时间，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。
  • 热敏电阻在长时间工作后，可能会因发热而损坏，需要定期更换。

2. SCR-R电路

SCR-R电路是一种采用晶闸管（SCR）和限流电阻（R）来实现软启动的电路。在电源接通时，限流电阻对电容器充电，当电容器充电到约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，开关电源进入正常运行状态。

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。

• 优点 ：
  • 适用于大功率开关电源。
  • 通过晶闸管的导通和关断，可以实现对电流的有效控制。
• 缺点 ：
  • 当电源瞬时断电后，由于电容器上的电压不能突变，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，会起不到防止冲击电流的作用。
  • 需要额外的触发电路和控制电路来实现晶闸管的导通和关断。

3. 具有断电检测的SCR-R电路

为了克服SCR-R电路在电源瞬时断电后无法有效防止冲击电流的缺点，具有断电检测的SCR-R电路应运而生。该电路在SCR-R电路的基础上增加了断电检测电路，当输入发生瞬间断电时，检测电路得到的检测信号会关闭逆变器功率开关管的驱动信号，使逆变器停止工作，同时切断晶闸管的门极触发信号。这样，在电源重新接通时，就可以有效地防止冲击电流的产生。

该电路是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。

• 优点 ：
  • 解决了SCR-R电路在电源瞬时断电后无法有效防止冲击电流的问题。
  • 提高了电源的可靠性和稳定性。
• 缺点 ：
  • 电路结构相对复杂，增加了成本和设计难度。
  • 需要额外的检测电路和控制电路来实现断电检测和晶闸管的关断。

4. 继电器与电阻构成的电路

继电器与电阻构成的电路是一种通过继电器和限流电阻来实现软启动的电路。在电源接通时，输入电压经限流电阻对滤波电容器充电，同时辅助电源经电阻对并接于继电器线包的电容器充电。当电容器上的充电电压达到继电器的动作电压时，继电器动作，旁路限流电阻，达到瞬时防冲击电流的作用。

然而这种简单的RC延迟电路在考虑到继电器吸合电压时还必须顾及流过线包的电流，一般电阻的阻值较小而电容的容量较大，延迟时间很难准确控制，这主要是电容容量的误差和漏电流造成，需要仔细地挑选和测试。同时继电器的动作阈值取决于电容器C2上的充电电压，继电器的动作电压会抖动及振荡，造成工作不可靠。

• 优点 ：
  • 结构相对简单，易于实现。
  • 适用于中小功率开关电源。
• 缺点 ：
  • 延迟时间很难准确控制，主要是由于电容容量的误差和漏电流造成。
  • 继电器的动作阈值取决于电容器上的充电电压，继电器的动作电压会抖动及振荡，造成工作不可靠。

5. 定时电路与继电器构成的电路

为了克服继电器与电阻构成的电路中延迟时间难以准确控制的缺点，定时电路与继电器构成的电路应运而生。该电路在继电器与电阻构成电路的基础上增加了定时电路，通过定时电路来控制继电器的动作时间，从而实现对延迟时间的准确控制。

• 优点 ：
  • 解决了延迟时间难以准确控制的问题。
  • 提高了电路的可靠性和稳定性。
• 缺点 ：
  • 电路结构相对复杂，增加了成本和设计难度。
  • 需要额外的定时电路和控制电路来实现定时控制。

6. 过零触发的光耦可控硅与双向可控硅构成的电路

过零触发的光耦可控硅与双向可控硅构成的电路是一种通过控制可控硅的导通和关断来实现软启动的电路。该电路利用集成稳压器输出稳定的电压为软启动电路提供电源电压，通过晶体管、反相器和单稳态触发器等元件构成过零触发电路。当电网电压过零时，晶体管截止，反相器输出低电平，启动定时电路工作。软启动延迟时间由时间常数共同决定。

• 优点 ：
  • 实现了对可控硅导通和关断的精确控制。
  • 适用于需要精确控制启动时间的场合。
• 缺点 ：
  • 电路结构相对复杂，增加了成本和设计难度。
  • 需要额外的触发电路和控制电路来实现可控硅的导通和关断。

三、软启动电路的设计原则与注意事项

在设计软启动电路时，需要遵循以下原则：

1. 根据电源功率和负载特性选择合适的软启动电路 ：不同功率和负载特性的电源需要不同的软启动电路来实现有效的电流控制。因此，在设计时需要充分考虑电源和负载的特性，选择合适的软启动电路。
2. 确保软启动电路的可靠性和稳定性 ：软启动电路是电源系统的重要组成部分，其可靠性和稳定性直接影响到整个电源系统的运行效果。因此，在设计时需要充分考虑电路的可靠性和稳定性，采用可靠的元件和合理的电路结构。
3. 注意软启动电路的散热问题 ：软启动电路在工作过程中会产生一定的热量，如果散热不良，可能会导致元件损坏或性能下降。因此，在设计时需要充分考虑电路的散热问题，采用合适的散热措施。
4. 考虑软启动电路的成本效益 ：在设计软启动电路时，需要综合考虑电路的成本和效益，确保在满足性能要求的前提下，尽可能降低电路的成本。

四、软启动电路在开关电源中的实际应用案例

案例一：基于热敏电阻的UPS电源软启动设计

在不间断电源（UPS）系统中，由于需要应对突然的电力中断，并确保在电力恢复时能够迅速且平稳地提供电力，软启动电路显得尤为重要。在此案例中，采用了负温度系数（NTC）热敏电阻作为软启动元件。

• 设计思路 ：在UPS的输入端串联一个NTC热敏电阻，当UPS接通电源时，热敏电阻的高初始阻值限制了启动电流，保护了电网和UPS内部电路。随着电流通过，热敏电阻逐渐升温，阻值下降，最终允许正常电流通过，UPS进入正常工作状态。
• 实现效果 ：该设计有效限制了启动时的冲击电流，避免了因瞬间大电流导致的设备损坏或电网波动。同时，由于热敏电阻的自动调整特性，无需额外的控制电路，简化了系统设计。

案例二：SCR-R电路在服务器电源中的应用

服务器电源需要稳定可靠的供电，特别是在启动阶段，必须避免对电网和其他服务器造成干扰。在此案例中，采用SCR-R电路实现软启动。

• 设计思路 ：在服务器电源的输入端加入SCR（晶闸管）和限流电阻R，初始时SCR不导通，电流通过R限制启动电流。当电源电压上升到一定水平，通过辅助电路触发SCR导通，短路掉R，电源进入正常工作状态。
• 实现效果 ：该设计不仅有效限制了启动电流，还通过SCR的快速响应特性，实现了对电流的精确控制，提高了服务器电源的可靠性和稳定性。

案例三：基于定时电路与继电器的数据中心电源软启动方案

数据中心电源需要处理大量数据，对电源的稳定性和可靠性要求极高。在此案例中，结合定时电路与继电器，设计了一种精确的软启动方案。

• 设计思路 ：在电源输入端接入继电器和限流电阻，同时设置定时电路。电源接通时，继电器不吸合，电流通过电阻限制。定时电路启动，经过预设的延迟时间后，继电器吸合，短路电阻，电源进入正常工作状态。
• 实现效果 ：该方案通过精确控制延迟时间，既避免了启动电流对电网的冲击，又确保了电源能够迅速进入稳定工作状态，满足了数据中心对电源的高要求。

五、软启动电路的发展趋势

1. 智能化与数字化 ：随着电子技术的快速发展，软启动电路正逐步向智能化、数字化方向发展。通过集成微处理器或数字信号处理器（DSP），可以实现更复杂的控制算法，提高软启动的精度和灵活性。
2. 集成化与模块化 ：为了简化设计、降低成本，软启动电路正逐步向集成化、模块化方向发展。通过将软启动电路与其他电源管理功能集成在一起，可以形成更紧凑、高效的电源解决方案。
3. 环保与节能 ：随着全球对环保和节能的重视，软启动电路的设计也开始注重能效和环保。通过优化电路结构、采用低功耗元件等手段，可以降低软启动电路的能耗，减少对环境的负担。
4. 高可靠性与长寿命 ：为了提高电源的可靠性和稳定性，软启动电路的设计正逐步向高可靠性、长寿命方向发展。通过采用高质量元件、优化电路结构等手段，可以提高软启动电路的耐用性和可靠性。

六、结论与展望

开关电源常用软启动电路有多种类型，包括热敏电阻防冲击电流电路、SCR-R电路、具有断电检测的SCR-R电路、继电器与电阻构成的电路、定时电路与继电器构成的电路以及过零触发的光耦可控硅与双向可控硅构成的电路等。在设计软启动电路时，需要根据电源功率和负载特性选择合适的电路类型，并遵循可靠性、稳定性、散热和成本效益等设计原则。通过合理的电路设计和元件选择，可以实现对启动电流的有效控制，确保电源系统的稳定、可靠运行。

软启动电路作为开关电源的重要组成部分，在保护电网、延长设备寿命、提高电源稳定性等方面发挥着重要作用。随着电子技术的不断进步和市场需求的变化，软启动电路的设计和应用也在不断发展和完善。未来，软启动电路将更加注重智能化、集成化、环保节能和高可靠性等方面的发展，为开关电源提供更加高效、稳定的解决方案。同时，我们也期待在新技术、新材料和新工艺的支持下，软启动电路能够不断创新和发展，为电子行业的发展做出更大的贡献。