造成系统毁损及耗能的浪涌电流

星期六的下午阳光透过房间的窗户，光线折射在雪花窗棂，温暖的金黄色的阳光舒服地洒在脸上，躺在柔软沙发上度过一个下午，许久没有如此自在，突然远处的手机响起，还在思考要不要接时，万万没想到来电显示的是国外技术服务经理，铁定是急事，接听下果然有大事不妙，我们的产品开机导致系统其它设备重新启动。

左思右想一定是系统内无熔丝开关容量过少，建议在安全规格内加大无熔丝开关容量，问题暂时解决了隔天进入办公室先量测一下产品的浪涌电流（inrush current），果然如图1不是理想， 显示瞬间浪涌电流是44安培， 虽然inrush current没有硬性国际规范限制，但终就需研究一下各家设计，以及一些特定业别应用的场地注意事项及限制在此分享给各位读者。

图一 ： 显示瞬间浪涌电流为44安培

何谓浪涌电流（inrush current）

浪涌电流（inrush current）是一种电源启动时产生的峰值电流（spike of current）。图2是一种典型的直流对直流的电源系统。

EMI滤波器输入线路端包含了一些电容，同样直流－直流转换器在输入和输出端也含有电容，负载端有可能含有其它的附加电容及杂散电容。当电源启动时电流对其电容充电的瞬时至稳态电压的电流即称为浪涌电流（Inrush Current）。在电容器前端没有连接任何阻尼时交流或者直流电网瞬间造成电容器类似短路效果当然瞬间浪涌电流也会导致电容器的寿命减损。

图二 ： 典型直流对直流的电源系统

一般电源器首重其保护装置，电流保护组件即俗称的保险丝，在应用上可细分为一次或多次型保险丝（One Time or Resettable fuse）。其工作原理乃是利用电流之焦耳定律：

图三 ： 焦耳定律

将电流转换为热量，此热量则提供融断保险丝内之金属层能量使电路开路，进而保护后端组件之安全性，一般小电流之保险丝其瓶颈在于如何克服浪涌电流（Inrush Current），为了避免开机之浪涌电流对保险丝造成永久破坏，建议采用适当的电路来降低浪涌电流（inrush current）。

据PC的电源为例，假设其功率为300瓦，效率为90%，如果没有任何限制浪涌电流（Inrush Current）的组件设计。那么输入电流的路径是电源110V经过整流二极管再充电至电容，依电源110V当输入电压在峰值的短暂时间。

简单的用奥姆定律来说I=V/R。

V峰值=110*根号2=110*1.414=155.5V。

R值为总网络阻抗，包含整流二极管的动态等效阻抗，电容的等效阻抗（ESR）。

假设整流二极管的动态等效阻抗大约是0.1奥姆来算，电容的等效阻抗（ESR）大约是2奥姆来算。

于是I=V/R=155.5/（2+0.1）=74A其瞬间浪涌电流为74A，假设其t=0.05sec Inrush current =74A。你所使用的保险丝需满足下列焦耳公式：

代入焦耳公式得到的答案等同0.037度，启动时瞬间耗电量约0.037度，相当于连续使用12秒之电量，自然会减少产品的寿命。

计算出来的值焦耳可以用查表如表1的方式来找到适合的保险丝，为了满足浪涌电流（inrush current）的前题其值远超过稳态电流（nominal current），可能造成电源有异常时因选择的保险丝容值超过输入稳态电流（nominal current） 均值而无法实时切断（Cut-off） 电源，造成后端组件之永久毁损。

图四 ： 一般保险丝容？选择表（注1），注1： 本表取自littlefuse产品官网（ http://www.littelfuse.com/）

浪涌电流波形 （Inrush Current Waveform）

浪涌电流波形图4是一个典型的浪涌电流（Inrush current）波形。它有两个尖峰。

第一个浪涌尖端电流峰值是输入电压电源（input voltage source） 启动时产生的。这个峰值电流流入EMI滤波器电容和直流-直流转换器的输入端电容，并被充电至稳态值（steady state value）。

第二个是电流峰值是直流－直流转换器启动时产生的。这个峰值电流通过直流－直流电源变压器流入到输出端电容器和所有负载电容，充电至稳态值。

图五 ： 典型的浪涌电流波形

限制浪涌电流方式

一般限制浪涌电流的方式有二种：

第一种方式常使用于传统限制浪涌电流，即被动式限制浪涌电流（Passive Inrush Limiting）。本方法就是在电容前面串联一系列组件。如图5前端的示意图。串联热敏电阻R1将限制输入电流，直至输入电容被充满。随后继电器S1闭合，使电流全部流向下级直流-直流转换器。