引言：在進行工程設計時，我們常常關注電壓的安全性，因為電流的不好直接測量，導致對電流的關注比較少，但其實電流中隱藏的浪涌也往往有很大的隱患。當接通子系統時，電流最初流向負載上的電容或電感，這種電流通常被稱為浪涌電流。如果開關快速接通（例如在沒有控制轉換速率dv/dt的情況下），則電流可能大到足以中斷連接到同一輸入軌的其他子系統，在某些情況下，短時間內的涌入電流可能會不可逆轉地損壞周圍的組件，甚至開關本身。

1.浪涌電流的危害

浪涌電流可能導致上游電源電壓下降，如果該電壓還為其他子系統供電，則子系統可能會出現故障或復位。在圖5-1中，開關被啟用，這會在輸入電源上產生快速瞬態電壓（dv/dt）和大電流尖峰，然后導致Vsupply電壓驟降，當Vsw_out繼續打開時，電壓驟降是可見的。Vsupply上的電壓驟降導致DC/DC關閉，Vout衰減，直到Vsupply恢復到正常工作范圍內。該場景演示了一個負載上的浪涌電流如何導致其它負載經歷重置。

圖5-1：Vsw_out上的涌入電流，導致電源下降和復位

有些系統對從輸入中汲取的電流有限制，這些限制可能由安全標準、電纜/連接器額定值或需要保持在快熔斷保險絲的額定電流以下來設置，無法控制的浪涌電流可能會超出限制，導致合規性故障或電纜、連接器或保險絲損壞。

使用MOSFET作為電源開關可能會超過FET的安全操作區域（SOA）并損壞開關本身，大多數功率FET都給出了在給定的漏極到源極電壓（VDS）、環境溫度和指定的脈沖持續時間下，開關可以處理多少電流。如果FET快速導通，形成大的負載電容，則在導通時間Ton持續時間內，通過FET的總能量為電容電壓平方的一半（CV2），該值可能超過FET的SOA曲線并損壞FET，如果相同大小的能量分布在更長的Ton上，那么FET有更多的時間來耗散熱量，設計才算合格。

2. 控制浪涌電流的常用方法

第一種是使用被動元件，如串聯電阻或負溫度系數（NTC）熱敏電阻來減緩輸出。第二種是使用開關管理輸出電壓上升的轉換速率。第三種是使用限流器或設計用于提供恒定電流直到開關完全接通的器件，最新的方法是使用熱調節，在調節開關溫度的同時提供最大電流以防止故障。

缺陷：與電源串聯的電阻限制了負載的電流，純電阻器會將峰值涌入電流限制在VIN/R，這種技術將通過電阻器耗散功率，并限制負載在通電后可以汲取的電流。但由于效率低，該技術通常僅限于低電流應用（通常遠小于1A），圖5-2顯示了一個用于限制涌入電流的串聯電阻器。

圖5-2：使用串位電阻限制浪涌電流

如果串聯NTC，當電流未流過時，電阻將處于高值，當通電時，高電阻將允許少量電流通過，這將開始自加熱NTC自身并導致電阻下降，逐漸允許越來越多的電流通過負載，直到NTC完全打開。由于NTC性能嚴重依賴于環境溫度，因此它可能不適合需要寬工作溫度范圍的應用，圖5-3顯示了如何使用串聯NTC熱敏電阻來限制浪涌電流。

圖5-3：使用串位NTC電阻限制浪涌電流

3. 轉換速率控制

控制開關接通的速率可以直接控制輸出電壓上升的速率，浪涌電流計算式為：

則對于給定的固定Cload，降低開關速度（dVout/dt）會降低Iinrush。

4. RC時間常數

對于分立電源開關，應對浪涌電流的一種常見方法是插入一個RC網絡，以降低MOSFET的開關速度，如圖5-4所示：

圖5-4：具有RC上升時間以限制涌入電流的分立MOSFET

這是一種通過RC時間常數控制開關速度的簡單方法，雖然速度可以降低，總開啟時間可以增加，但注意dv/dt速度是非線性的，因此浪涌電流也是非線性的。開始開關將緩慢接通，并隨著開關完全接通而呈指數級增加，基于RC的浪涌電流見圖5-5。

圖5-5：基于RC的浪涌電流。

5. 線性軟啟動或dV/dt

許多集成電源開關具有線性控制輸出電壓上升時間的功能，這些開關具有固定或可調節的上升時間。在所有情況下，線性地控制輸出電壓上升時間意味著控制恒定的dVout/dt速率，在這種情況下，如果Cload是常數，dVout/dt是常數，那么Iinrush也將是常數，如圖5-6所示：

圖5-6：測量負載開關的線性dv/dt，以限制浪涌電流

與RC時間常數方法相比，線性軟啟動有幾個優點，包括可以精確計算浪涌電流。在某些情況下，可能同時有最大浪涌電流限制和最大開啟時間要求，在這些情況下，如果RC時間常數需要很長時間才能接通，或者浪涌電流太高，那么線性控制方案可以滿足這兩個要求。如果不能滿足下述等式，那么除了改變設計架構以消除這些限制，或者轉向更小的Cload或更低的Vout之外，就沒有其他解決方案：

6. 恒流/電流限制調節

與線性軟啟動方案類似，如果為純電容性負載供電，控制浪涌電流的恒流方法將產生相同的結果。如果用恒定的Iinrush充電，那么對于給定的Cload，將以恒定的dv/dt充電。

不同之處在于，線性軟啟動是調節電壓，而限流器是調節電流，一旦開始在電容之外引入負載，方法就會有所不同。如果有一個集成電路在輸出電壓完全開啟之前激活恒流功能，那么線性軟啟動方法將疊加該電流，恒流方法將改變其轉換速率，因為一些電流現在流向負載而不是輸出電容。

在圖5-7 /圖5-8中，線性軟啟動為輸出保持恒定的轉換速率，而當負載在2.5V下開啟時，恒定電流限制將改變其轉換速率。

圖5-7：線性軟啟動或者dv/dt

圖5-8：恒流或者恒流限制調節

啟動期間的恒流限制有助于在開關仍處于接通狀態，并且負載可能接通的情況時，恒流限制提供保護，防止輸出短路等事件發生，重要的是要理解，這是啟動期間管理浪涌電流的一種形式。

7. 散熱

為了盡可能快地打開開關，但保持對開關的保護，有一種使用熱調節的方法，這在輸出電容大或未知的情況下（例如驅動板外負載）非常有用。一旦開關結溫上升到指定水平，器件就開始控制浪涌電流，以保持調節的結溫，這將持續到負載電容完全充滿電，或者超時，如圖5-9中所示。

圖5-9：使用4-VVIN，輸出電容為30mF。