尖峰電流

尖峰電流是指單台或多台用電設備持續1-2s的短時最大負荷電流，尖峰電流一般出現在電動機起動過程中。尖峰電流主要用來計算電壓波動、選擇熔斷器和低壓斷路器、整定繼電保護裝置及檢驗電動機自起動條件等。

基本介紹

• 中文名：尖峰電流
• 外文名： peak current 
• 拼音： jiān fēng diàn liú
• 作用：計算電壓波動、選擇熔斷器
• 出現過程：電動機起動過程中
• 所屬領域：電工術語

尖峰電流產生原因

在實際電路連線中,由於工藝的關係,電路的輸入迴路至開關管V的集電極和發射極之間的導線上存在一定的雜散電感,等效於LS。在V導通時,輸入電流iI經過LS,產生一個感應電流ULS,極性為左正右負。V關斷期間,電流將迅速減小至零,導致產生很大的di/dt,LS上產生很高的ULS,極性變為左負右正,加在V的集電極和發射極上,致使V管兩端產生很高的電流尖峰。由於LS的存在,在輸入電流一定的情況下,開關管V的關斷速度越快,或者開關管的關斷速度一定的情況下,輸入電流越大,電流尖峰越大。

顯然LS限制了電源功率等級和開關頻率的進一步提高。由此產生的電流尖峰對開關管V危害很大,它會使V的關斷損耗增加,整機效率降低,加大傳導噪聲(EMI),甚至損壞開關管,因此必須消除。

尖峰電流抑制措施

為了減小LS,對連線線進行“短”“粗”“直”方式的處理,但由於空間和總體布局的限制,光靠接線是不能消除電流尖峰的影響,所以採取以下措施。

在直流母線側並聯吸收電容

在輸入端靠近開關管的直流母線上並聯一個電容CZ,對抑制開關管兩端電流尖峰有一定的效果。分析如圖2所示。開關管關斷時輸入迴路的等效電路假定開關管V關斷時刻,輸入電流(電感LS的電流)為II,電容CZ上的初始電流為Ui。

在雜散電感LS存在的情況下,如果不採取任何措施,例如不加緩衝電容CZ(相當於CZ→0),則uZmax→∞(理想情況),容易產生很大的電流尖峰,這與上面的分析是一致的。在其它條件一定的情況下,輸入電流II越大,uZmax越大,即電流尖峰問題容易在大功率、大電流電路中出現,這與經驗常識也是一致的。當併入一個電容CZ以後,情況得到了改善,CZ越大,LSCZII越小,對電流尖峰的抑制效果越明顯。考慮到成本問題,CZ也不是越大越好。LS的精確數值通常是不知道的,CZ的取值通常要通過實驗來選取。在選擇電容CZ時,要選擇高頻特性好的無感電容。

開關管兩端加緩衝電路

在開關管兩端加緩衝電路(由VD1、R1、C1構成),對於吸收開關管兩端的電流尖峰也有比較好的效果。緩衝電路的原理所由於工藝的關係,主電路的直流輸入端和開關管的集電極之間存在雜散電感LS1,發射極和主續流二極體之間有雜散電感LS2。當開關管關斷瞬間,輸入電流通過LS1、VD1、C1、LS2和Ui構成續流迴路。開關管關斷瞬間,輸入電流為II,緩衝電容C1的電流為0。在大功率BUCK電路中如果布線不當,雜散電感LS1、LS2比較大且不採取緩衝措施(相當於C1→0)的話,開關管兩端要承受很高的電流尖峰(uTmax→∞)。反之,緩衝電容C1取值越大,uTmax越小,越有助於電流尖峰的吸收。當開關管開通時,C1、R1和開關管V構成放電迴路(如圖3所示),緩衝電容C1中存儲的電流尖峰的能量在R1中消耗掉。設流過開關管V的緩衝電容最大放電電流為ITmax,放電時間為τ,電阻R1消耗的功率為P,開關管V的開關頻率為f。忽略V的開通壓降,顯然有:

從開關管的安全工作來考慮,希望ITmax越小越好,R1值要取大一些。但R1過大會造成放電時間τ過長,不利於開關管工作。同樣,C1也不能取值過大,否則τ太長,並且R1的功耗太大,影響效率。可見緩衝電路中R1、C1的取值既不是越大越好,也不是越小越好,需要根據電路的實際情況仔細選擇。注意R1、C1要選擇高頻特性好的無感電阻和無感電容,VD1選擇快恢復二極體。