開(kāi)關(guān)電源常用軟啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，是確保電源系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。軟啟動(dòng)電路的主要作用是在電源啟動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)控制啟動(dòng)電流的大小和速率，避免對(duì)電網(wǎng)和負(fù)載造成過(guò)大的沖擊。

一、開(kāi)關(guān)電源軟啟動(dòng)電路的重要性

開(kāi)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(huì)形成很大的瞬時(shí)沖擊電流，特別是大功率開(kāi)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(dá)100A以上。在電源接通瞬間如此大的沖擊電流幅值，往往會(huì)導(dǎo)致輸入熔斷器燒斷，有時(shí)甚至將合閘開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)燒壞，輕者也會(huì)使空氣開(kāi)關(guān)合不上閘，這些原因均會(huì)造成開(kāi)關(guān)電源無(wú)法正常投入。為此，幾乎所有的開(kāi)關(guān)電源在其輸入電路都設(shè)置了防止沖擊電流的軟啟動(dòng)電路，以保證開(kāi)關(guān)電源正常而可靠的運(yùn)行。

二、開(kāi)關(guān)電源常用軟啟動(dòng)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(fù)溫度系數(shù)（NTC）特性來(lái)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)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(guò)，熱敏電阻發(fā)熱，其阻值逐漸減小，電路進(jìn)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(kāi)關(guān)電源，由于熱敏電阻的熱慣性，重新恢復(fù)高阻需要時(shí)間，故對(duì)于電源斷電后又需要很快接通的情況，有時(shí)起不到限流作用。

• 優(yōu)點(diǎn) ：
  • 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
  • 成本較低，適用于小功率開(kāi)關(guān)電源。
• 缺點(diǎn) ：
  • 由于熱敏電阻的熱慣性，重新恢復(fù)高阻需要時(shí)間，對(duì)于電源斷電后又需要很快接通的情況，有時(shí)起不到限流作用。
  • 熱敏電阻在長(zhǎng)時(shí)間工作后，可能會(huì)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(lái)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)的電路。在電源接通時(shí)，限流電阻對(duì)電容器充電，當(dāng)電容器充電到約80%的額定電壓時(shí)，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(hào)，使晶閘管導(dǎo)通并短路限流電阻，開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

這種限流電路存在如下問(wèn)題：當(dāng)電源瞬時(shí)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(dǎo)通，此時(shí)若馬上重新接通輸入電源，會(huì)同樣起不到防止沖擊電流的作用。

• 優(yōu)點(diǎn) ：
  • 適用于大功率開(kāi)關(guān)電源。
  • 通過(guò)晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的有效控制。
• 缺點(diǎn) ：
  • 當(dāng)電源瞬時(shí)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(dǎo)通。此時(shí)若馬上重新接通輸入電源，會(huì)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(lái)實(shí)現(xiàn)晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷。

3. 具有斷電檢測(cè)的SCR-R電路

為了克服SCR-R電路在電源瞬時(shí)斷電后無(wú)法有效防止沖擊電流的缺點(diǎn)，具有斷電檢測(cè)的SCR-R電路應(yīng)運(yùn)而生。該電路在SCR-R電路的基礎(chǔ)上增加了斷電檢測(cè)電路，當(dāng)輸入發(fā)生瞬間斷電時(shí)，檢測(cè)電路得到的檢測(cè)信號(hào)會(huì)關(guān)閉逆變器功率開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使逆變器停止工作，同時(shí)切斷晶閘管的門極觸發(fā)信號(hào)。這樣，在電源重新接通時(shí)，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(shí)斷電檢測(cè)電路，時(shí)間常數(shù)RBCB的選取應(yīng)稍大于半個(gè)周期，當(dāng)輸入發(fā)生瞬間斷電時(shí)，檢測(cè)電路得到的檢測(cè)信號(hào)，關(guān)閉逆變器功率開(kāi)關(guān)管VT2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使逆變器停止工作，同時(shí)切斷晶閘管SCR的門極觸發(fā)信號(hào)，確保電源重新接通時(shí)防止沖擊電流。

• 優(yōu)點(diǎn) ：
  • 解決了SCR-R電路在電源瞬時(shí)斷電后無(wú)法有效防止沖擊電流的問(wèn)題。
  • 提高了電源的可靠性和穩(wěn)定性。
• 缺點(diǎn) ：
  • 電路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，增加了成本和設(shè)計(jì)難度。
  • 需要額外的檢測(cè)電路和控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)斷電檢測(cè)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(guò)繼電器和限流電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)的電路。在電源接通時(shí)，輸入電壓經(jīng)限流電阻對(duì)濾波電容器充電，同時(shí)輔助電源經(jīng)電阻對(duì)并接于繼電器線包的電容器充電。當(dāng)電容器上的充電電壓達(dá)到繼電器的動(dòng)作電壓時(shí)，繼電器動(dòng)作，旁路限流電阻，達(dá)到瞬時(shí)防沖擊電流的作用。

然而這種簡(jiǎn)單的RC延遲電路在考慮到繼電器吸合電壓時(shí)還必須顧及流過(guò)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(shí)間很難準(zhǔn)確控制，這主要是電容容量的誤差和漏電流造成，需要仔細(xì)地挑選和測(cè)試。同時(shí)繼電器的動(dòng)作閾值取決于電容器C2上的充電電壓，繼電器的動(dòng)作電壓會(huì)抖動(dòng)及振蕩，造成工作不可靠。

• 優(yōu)點(diǎn) ：
  • 結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
  • 適用于中小功率開(kāi)關(guān)電源。
• 缺點(diǎn) ：
  • 延遲時(shí)間很難準(zhǔn)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(dòng)作閾值取決于電容器上的充電電壓，繼電器的動(dòng)作電壓會(huì)抖動(dòng)及振蕩，造成工作不可靠。

5. 定時(shí)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(shí)間難以準(zhǔn)確控制的缺點(diǎn)，定時(shí)電路與繼電器構(gòu)成的電路應(yīng)運(yùn)而生。該電路在繼電器與電阻構(gòu)成電路的基礎(chǔ)上增加了定時(shí)電路，通過(guò)定時(shí)電路來(lái)控制繼電器的動(dòng)作時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)延遲時(shí)間的準(zhǔn)確控制。

• 優(yōu)點(diǎn) ：
  • 解決了延遲時(shí)間難以準(zhǔn)確控制的問(wèn)題。
  • 提高了電路的可靠性和穩(wěn)定性。
• 缺點(diǎn) ：
  • 電路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，增加了成本和設(shè)計(jì)難度。
  • 需要額外的定時(shí)電路和控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制。

6. 過(guò)零觸發(fā)的光耦可控硅與雙向可控硅構(gòu)成的電路

過(guò)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(guò)控制可控硅的導(dǎo)通和關(guān)斷來(lái)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)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(dòng)電路提供電源電壓，通過(guò)晶體管、反相器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等元件構(gòu)成過(guò)零觸發(fā)電路。當(dāng)電網(wǎng)電壓過(guò)零時(shí)，晶體管截止，反相器輸出低電平，啟動(dòng)定時(shí)電路工作。軟啟動(dòng)延遲時(shí)間由時(shí)間常數(shù)共同決定。

• 優(yōu)點(diǎn) ：
  • 實(shí)現(xiàn)了對(duì)可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷的精確控制。
  • 適用于需要精確控制啟動(dòng)時(shí)間的場(chǎng)合。
• 缺點(diǎn) ：
  • 電路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，增加了成本和設(shè)計(jì)難度。
  • 需要額外的觸發(fā)電路和控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)可控硅的導(dǎo)通和關(guān)斷。

三、軟啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì)原則與注意事項(xiàng)

在設(shè)計(jì)軟啟動(dòng)電路時(shí)，需要遵循以下原則：

1. 根據(jù)電源功率和負(fù)載特性選擇合適的軟啟動(dòng)電路 ：不同功率和負(fù)載特性的電源需要不同的軟啟動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)有效的電流控制。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮電源和負(fù)載的特性，選擇合適的軟啟動(dòng)電路。
2. 確保軟啟動(dòng)電路的可靠性和穩(wěn)定性 ：軟啟動(dòng)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(gè)電源系統(tǒng)的運(yùn)行效果。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)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(dòng)電路的散熱問(wèn)題 ：軟啟動(dòng)電路在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，如果散熱不良，可能會(huì)導(dǎo)致元件損壞或性能下降。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮電路的散熱問(wèn)題，采用合適的散熱措施。
4. 考慮軟啟動(dòng)電路的成本效益 ：在設(shè)計(jì)軟啟動(dòng)電路時(shí)，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(dòng)電路在開(kāi)關(guān)電源中的實(shí)際應(yīng)用案例

案例一：基于熱敏電阻的UPS電源軟啟動(dòng)設(shè)計(jì)

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

• 設(shè)計(jì)思路 ：在UPS的輸入端串聯(lián)一個(gè)NTC熱敏電阻，當(dāng)UPS接通電源時(shí)，熱敏電阻的高初始阻值限制了啟動(dòng)電流，保護(hù)了電網(wǎng)和UPS內(nèi)部電路。隨著電流通過(guò)，熱敏電阻逐漸升溫，阻值下降，最終允許正常電流通過(guò)，UPS進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
• 實(shí)現(xiàn)效果 ：該設(shè)計(jì)有效限制了啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流，避免了因瞬間大電流導(dǎo)致的設(shè)備損壞或電網(wǎng)波動(dòng)。同時(shí)，由于熱敏電阻的自動(dòng)調(diào)整特性，無(wú)需額外的控制電路，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

案例二：SCR-R電路在服務(wù)器電源中的應(yīng)用

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

• 設(shè)計(jì)思路 ：在服務(wù)器電源的輸入端加入SCR（晶閘管）和限流電阻R，初始時(shí)SCR不導(dǎo)通，電流通過(guò)R限制啟動(dòng)電流。當(dāng)電源電壓上升到一定水平，通過(guò)輔助電路觸發(fā)SCR導(dǎo)通，短路掉R，電源進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
• 實(shí)現(xiàn)效果 ：該設(shè)計(jì)不僅有效限制了啟動(dòng)電流，還通過(guò)SCR的快速響應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電流的精確控制，提高了服務(wù)器電源的可靠性和穩(wěn)定性。

案例三：基于定時(shí)電路與繼電器的數(shù)據(jù)中心電源軟啟動(dòng)方案

數(shù)據(jù)中心電源需要處理大量數(shù)據(jù)，對(duì)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(shí)電路與繼電器，設(shè)計(jì)了一種精確的軟啟動(dòng)方案。

• 設(shè)計(jì)思路 ：在電源輸入端接入繼電器和限流電阻，同時(shí)設(shè)置定時(shí)電路。電源接通時(shí)，繼電器不吸合，電流通過(guò)電阻限制。定時(shí)電路啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)的延遲時(shí)間后，繼電器吸合，短路電阻，電源進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
• 實(shí)現(xiàn)效果 ：該方案通過(guò)精確控制延遲時(shí)間，既避免了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，又確保了電源能夠迅速進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，滿足了數(shù)據(jù)中心對(duì)電源的高要求。

五、軟啟動(dòng)電路的發(fā)展趨勢(shì)

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(dòng)電路正逐步向智能化、數(shù)字化方向發(fā)展。通過(guò)集成微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制算法，提高軟啟動(dòng)的精度和靈活性。
2. 集成化與模塊化 ：為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、降低成本，軟啟動(dòng)電路正逐步向集成化、模塊化方向發(fā)展。通過(guò)將軟啟動(dòng)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(dòng)電路的設(shè)計(jì)也開(kāi)始注重能效和環(huán)保。通過(guò)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(dòng)電路的能耗，減少對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。
4. 高可靠性與長(zhǎng)壽命 ：為了提高電源的可靠性和穩(wěn)定性，軟啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì)正逐步向高可靠性、長(zhǎng)壽命方向發(fā)展。通過(guò)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(dòng)電路的耐用性和可靠性。

六、結(jié)論與展望

開(kāi)關(guān)電源常用軟啟動(dòng)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(cè)的SCR-R電路、繼電器與電阻構(gòu)成的電路、定時(shí)電路與繼電器構(gòu)成的電路以及過(guò)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(shè)計(jì)軟啟動(dòng)電路時(shí)，需要根據(jù)電源功率和負(fù)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(shè)計(jì)原則。通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)和元件選擇，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)啟動(dòng)電流的有效控制，確保電源系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

軟啟動(dòng)電路作為開(kāi)關(guān)電源的重要組成部分，在保護(hù)電網(wǎng)、延長(zhǎng)設(shè)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(jìn)步和市場(chǎng)需求的變化，軟啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì)和應(yīng)用也在不斷發(fā)展和完善。未來(lái)，軟啟動(dòng)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(kāi)關(guān)電源提供更加高效、穩(wěn)定的解決方案。同時(shí)，我們也期待在新技術(shù)、新材料和新工藝的支持下，軟啟動(dòng)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(xiàn)。