開關(guān)電源常用軟啟動電路的設計與應用，是確保電源系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行的重要環(huán)節(jié)。軟啟動電路的主要作用是在電源啟動過程中，通過控制啟動電流的大小和速率，避免對電網(wǎng)和負載造成過大的沖擊。

一、開關(guān)電源軟啟動電路的重要性

開關(guān)電源的輸入電路大多采用整流加電容濾波電路。在輸入電路合閘瞬間，由于電容器上的初始電壓為零，會形成很大的瞬時沖擊電流，特別是大功率開關(guān)電源，其輸入采用較大容量的濾波電容器，沖擊電流可達100A以上。在電源接通瞬間如此大的沖擊電流幅值，往往會導致輸入熔斷器燒斷，有時甚至將合閘開關(guān)的觸點燒壞，輕者也會使空氣開關(guān)合不上閘，這些原因均會造成開關(guān)電源無法正常投入。為此，幾乎所有的開關(guān)電源在其輸入電路都設置了防止沖擊電流的軟啟動電路，以保證開關(guān)電源正常而可靠的運行。

二、開關(guān)電源常用軟啟動電路類型

1. 熱敏電阻防沖擊電流電路

熱敏電阻防沖擊電流電路是一種利用熱敏電阻的負溫度系數(shù)（NTC）特性來實現(xiàn)軟啟動的電路。在電源接通瞬間，熱敏電阻的阻值較大，可以限制沖擊電流的大小。隨著電流的流過，熱敏電阻發(fā)熱，其阻值逐漸減小，電路進入正常工作狀態(tài)。

采用熱敏電阻防止沖擊電流一般適用于小功率開關(guān)電源，由于熱敏電阻的熱慣性，重新恢復高阻需要時間，故對于電源斷電后又需要很快接通的情況，有時起不到限流作用。

• 優(yōu)點 ：
  • 結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。
  • 成本較低，適用于小功率開關(guān)電源。
• 缺點 ：
  • 由于熱敏電阻的熱慣性，重新恢復高阻需要時間，對于電源斷電后又需要很快接通的情況，有時起不到限流作用。
  • 熱敏電阻在長時間工作后，可能會因發(fā)熱而損壞，需要定期更換。

2. SCR-R電路

SCR-R電路是一種采用晶閘管（SCR）和限流電阻（R）來實現(xiàn)軟啟動的電路。在電源接通時，限流電阻對電容器充電，當電容器充電到約80%的額定電壓時，逆變器正常工作，經(jīng)主變壓器輔助繞組產(chǎn)生晶閘管的觸發(fā)信號，使晶閘管導通并短路限流電阻，開關(guān)電源進入正常運行狀態(tài)。

這種限流電路存在如下問題：當電源瞬時斷電后，由于電容器C上的電壓不能突變，其上仍有斷電前的充電電壓，逆變器可能還處于工作狀態(tài)，保持晶閘管繼續(xù)導通，此時若馬上重新接通輸入電源，會同樣起不到防止沖擊電流的作用。

• 優(yōu)點 ：
  • 適用于大功率開關(guān)電源。
  • 通過晶閘管的導通和關(guān)斷，可以實現(xiàn)對電流的有效控制。
• 缺點 ：
  • 當電源瞬時斷電后，由于電容器上的電壓不能突變，其上仍有斷電前的充電電壓，逆變器可能還處于工作狀態(tài)，保持晶閘管繼續(xù)導通。此時若馬上重新接通輸入電源，會起不到防止沖擊電流的作用。
  • 需要額外的觸發(fā)電路和控制電路來實現(xiàn)晶閘管的導通和關(guān)斷。

3. 具有斷電檢測的SCR-R電路

為了克服SCR-R電路在電源瞬時斷電后無法有效防止沖擊電流的缺點，具有斷電檢測的SCR-R電路應運而生。該電路在SCR-R電路的基礎上增加了斷電檢測電路，當輸入發(fā)生瞬間斷電時，檢測電路得到的檢測信號會關(guān)閉逆變器功率開關(guān)管的驅(qū)動信號，使逆變器停止工作，同時切斷晶閘管的門極觸發(fā)信號。這樣，在電源重新接通時，就可以有效地防止沖擊電流的產(chǎn)生。

該電路是VD5、VD6、VT1、RB、CB組成瞬時斷電檢測電路，時間常數(shù)RBCB的選取應稍大于半個周期，當輸入發(fā)生瞬間斷電時，檢測電路得到的檢測信號，關(guān)閉逆變器功率開關(guān)管VT2的驅(qū)動信號，使逆變器停止工作，同時切斷晶閘管SCR的門極觸發(fā)信號，確保電源重新接通時防止沖擊電流。

• 優(yōu)點 ：
  • 解決了SCR-R電路在電源瞬時斷電后無法有效防止沖擊電流的問題。
  • 提高了電源的可靠性和穩(wěn)定性。
• 缺點 ：
  • 電路結(jié)構(gòu)相對復雜，增加了成本和設計難度。
  • 需要額外的檢測電路和控制電路來實現(xiàn)斷電檢測和晶閘管的關(guān)斷。

4. 繼電器與電阻構(gòu)成的電路

繼電器與電阻構(gòu)成的電路是一種通過繼電器和限流電阻來實現(xiàn)軟啟動的電路。在電源接通時，輸入電壓經(jīng)限流電阻對濾波電容器充電，同時輔助電源經(jīng)電阻對并接于繼電器線包的電容器充電。當電容器上的充電電壓達到繼電器的動作電壓時，繼電器動作，旁路限流電阻，達到瞬時防沖擊電流的作用。

然而這種簡單的RC延遲電路在考慮到繼電器吸合電壓時還必須顧及流過線包的電流，一般電阻的阻值較小而電容的容量較大，延遲時間很難準確控制，這主要是電容容量的誤差和漏電流造成，需要仔細地挑選和測試。同時繼電器的動作閾值取決于電容器C2上的充電電壓，繼電器的動作電壓會抖動及振蕩，造成工作不可靠。

• 優(yōu)點 ：
  • 結(jié)構(gòu)相對簡單，易于實現(xiàn)。
  • 適用于中小功率開關(guān)電源。
• 缺點 ：
  • 延遲時間很難準確控制，主要是由于電容容量的誤差和漏電流造成。
  • 繼電器的動作閾值取決于電容器上的充電電壓，繼電器的動作電壓會抖動及振蕩，造成工作不可靠。

5. 定時電路與繼電器構(gòu)成的電路

為了克服繼電器與電阻構(gòu)成的電路中延遲時間難以準確控制的缺點，定時電路與繼電器構(gòu)成的電路應運而生。該電路在繼電器與電阻構(gòu)成電路的基礎上增加了定時電路，通過定時電路來控制繼電器的動作時間，從而實現(xiàn)對延遲時間的準確控制。

• 優(yōu)點 ：
  • 解決了延遲時間難以準確控制的問題。
  • 提高了電路的可靠性和穩(wěn)定性。
• 缺點 ：
  • 電路結(jié)構(gòu)相對復雜，增加了成本和設計難度。
  • 需要額外的定時電路和控制電路來實現(xiàn)定時控制。

6. 過零觸發(fā)的光耦可控硅與雙向可控硅構(gòu)成的電路

過零觸發(fā)的光耦可控硅與雙向可控硅構(gòu)成的電路是一種通過控制可控硅的導通和關(guān)斷來實現(xiàn)軟啟動的電路。該電路利用集成穩(wěn)壓器輸出穩(wěn)定的電壓為軟啟動電路提供電源電壓，通過晶體管、反相器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等元件構(gòu)成過零觸發(fā)電路。當電網(wǎng)電壓過零時，晶體管截止，反相器輸出低電平，啟動定時電路工作。軟啟動延遲時間由時間常數(shù)共同決定。

• 優(yōu)點 ：
  • 實現(xiàn)了對可控硅導通和關(guān)斷的精確控制。
  • 適用于需要精確控制啟動時間的場合。
• 缺點 ：
  • 電路結(jié)構(gòu)相對復雜，增加了成本和設計難度。
  • 需要額外的觸發(fā)電路和控制電路來實現(xiàn)可控硅的導通和關(guān)斷。

三、軟啟動電路的設計原則與注意事項

在設計軟啟動電路時，需要遵循以下原則：

1. 根據(jù)電源功率和負載特性選擇合適的軟啟動電路 ：不同功率和負載特性的電源需要不同的軟啟動電路來實現(xiàn)有效的電流控制。因此，在設計時需要充分考慮電源和負載的特性，選擇合適的軟啟動電路。
2. 確保軟啟動電路的可靠性和穩(wěn)定性 ：軟啟動電路是電源系統(tǒng)的重要組成部分，其可靠性和穩(wěn)定性直接影響到整個電源系統(tǒng)的運行效果。因此，在設計時需要充分考慮電路的可靠性和穩(wěn)定性，采用可靠的元件和合理的電路結(jié)構(gòu)。
3. 注意軟啟動電路的散熱問題 ：軟啟動電路在工作過程中會產(chǎn)生一定的熱量，如果散熱不良，可能會導致元件損壞或性能下降。因此，在設計時需要充分考慮電路的散熱問題，采用合適的散熱措施。
4. 考慮軟啟動電路的成本效益 ：在設計軟啟動電路時，需要綜合考慮電路的成本和效益，確保在滿足性能要求的前提下，盡可能降低電路的成本。

四、軟啟動電路在開關(guān)電源中的實際應用案例

案例一：基于熱敏電阻的UPS電源軟啟動設計

在不間斷電源（UPS）系統(tǒng)中，由于需要應對突然的電力中斷，并確保在電力恢復時能夠迅速且平穩(wěn)地提供電力，軟啟動電路顯得尤為重要。在此案例中，采用了負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻作為軟啟動元件。

• 設計思路 ：在UPS的輸入端串聯(lián)一個NTC熱敏電阻，當UPS接通電源時，熱敏電阻的高初始阻值限制了啟動電流，保護了電網(wǎng)和UPS內(nèi)部電路。隨著電流通過，熱敏電阻逐漸升溫，阻值下降，最終允許正常電流通過，UPS進入正常工作狀態(tài)。
• 實現(xiàn)效果 ：該設計有效限制了啟動時的沖擊電流，避免了因瞬間大電流導致的設備損壞或電網(wǎng)波動。同時，由于熱敏電阻的自動調(diào)整特性，無需額外的控制電路，簡化了系統(tǒng)設計。

案例二：SCR-R電路在服務器電源中的應用

服務器電源需要穩(wěn)定可靠的供電，特別是在啟動階段，必須避免對電網(wǎng)和其他服務器造成干擾。在此案例中，采用SCR-R電路實現(xiàn)軟啟動。

• 設計思路 ：在服務器電源的輸入端加入SCR（晶閘管）和限流電阻R，初始時SCR不導通，電流通過R限制啟動電流。當電源電壓上升到一定水平，通過輔助電路觸發(fā)SCR導通，短路掉R，電源進入正常工作狀態(tài)。
• 實現(xiàn)效果 ：該設計不僅有效限制了啟動電流，還通過SCR的快速響應特性，實現(xiàn)了對電流的精確控制，提高了服務器電源的可靠性和穩(wěn)定性。

案例三：基于定時電路與繼電器的數(shù)據(jù)中心電源軟啟動方案

數(shù)據(jù)中心電源需要處理大量數(shù)據(jù)，對電源的穩(wěn)定性和可靠性要求極高。在此案例中，結(jié)合定時電路與繼電器，設計了一種精確的軟啟動方案。

• 設計思路 ：在電源輸入端接入繼電器和限流電阻，同時設置定時電路。電源接通時，繼電器不吸合，電流通過電阻限制。定時電路啟動，經(jīng)過預設的延遲時間后，繼電器吸合，短路電阻，電源進入正常工作狀態(tài)。
• 實現(xiàn)效果 ：該方案通過精確控制延遲時間，既避免了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，又確保了電源能夠迅速進入穩(wěn)定工作狀態(tài)，滿足了數(shù)據(jù)中心對電源的高要求。

五、軟啟動電路的發(fā)展趨勢

1. 智能化與數(shù)字化 ：隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，軟啟動電路正逐步向智能化、數(shù)字化方向發(fā)展。通過集成微處理器或數(shù)字信號處理器（DSP），可以實現(xiàn)更復雜的控制算法，提高軟啟動的精度和靈活性。
2. 集成化與模塊化 ：為了簡化設計、降低成本，軟啟動電路正逐步向集成化、模塊化方向發(fā)展。通過將軟啟動電路與其他電源管理功能集成在一起，可以形成更緊湊、高效的電源解決方案。
3. 環(huán)保與節(jié)能 ：隨著全球?qū)Νh(huán)保和節(jié)能的重視，軟啟動電路的設計也開始注重能效和環(huán)保。通過優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)、采用低功耗元件等手段，可以降低軟啟動電路的能耗，減少對環(huán)境的負擔。
4. 高可靠性與長壽命 ：為了提高電源的可靠性和穩(wěn)定性，軟啟動電路的設計正逐步向高可靠性、長壽命方向發(fā)展。通過采用高質(zhì)量元件、優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)等手段，可以提高軟啟動電路的耐用性和可靠性。

六、結(jié)論與展望

開關(guān)電源常用軟啟動電路有多種類型，包括熱敏電阻防沖擊電流電路、SCR-R電路、具有斷電檢測的SCR-R電路、繼電器與電阻構(gòu)成的電路、定時電路與繼電器構(gòu)成的電路以及過零觸發(fā)的光耦可控硅與雙向可控硅構(gòu)成的電路等。在設計軟啟動電路時，需要根據(jù)電源功率和負載特性選擇合適的電路類型，并遵循可靠性、穩(wěn)定性、散熱和成本效益等設計原則。通過合理的電路設計和元件選擇，可以實現(xiàn)對啟動電流的有效控制，確保電源系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行。

軟啟動電路作為開關(guān)電源的重要組成部分，在保護電網(wǎng)、延長設備壽命、提高電源穩(wěn)定性等方面發(fā)揮著重要作用。隨著電子技術(shù)的不斷進步和市場需求的變化，軟啟動電路的設計和應用也在不斷發(fā)展和完善。未來，軟啟動電路將更加注重智能化、集成化、環(huán)保節(jié)能和高可靠性等方面的發(fā)展，為開關(guān)電源提供更加高效、穩(wěn)定的解決方案。同時，我們也期待在新技術(shù)、新材料和新工藝的支持下，軟啟動電路能夠不斷創(chuàng)新和發(fā)展，為電子行業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻。