缓启动
此条目介绍的是电源启动的一个机制。关于用来启动电动机的设备，请见“缓冲启动器”。此条目需要补充更多来源。 (2020年7月) |
电源的缓启动也称为预充电（Pre-charge），常用在直流电入电的设备中，或是输入交流电，经整流后再配合电解电容器滤波的设备。是在电源投入后，设备先维持在可以限制涌浪电流的模式，在充电完成之后，再切换到一般的动作模式。
针对有大容量电容器的高电压电气设备，若电容器电压很低，在电源投入瞬间会产生大电流。此电流会对系统元件产生很大的电应力，甚至会使零件受损。在一些应用中，很少会需要启动此一机制（例如商业用电的配电）。不过在车辆的应用中，每一次发动车辆都会用到缓启动的机制，可能一天会用到数次。缓启动机制的目的是延长电子元件的寿命，提升高电压系统的可靠度。
背景：进入电容器中的涌浪电流
电容器在送电瞬间会产生的涌浪电流是在送电时产生电应力的主要因素之一。若将直流电源连接到电容性负载时，电压输入的步阶变化会让输入电容器充电，电容器刚开始充电时会有涌浪电流，而之后电流会以指数衰减，最后会回到稳态。若涌浪电流的最大值超过电气元件的最大额定，就可能产生元件的电应力。
流进电容器的电流为 ：涌浪电流峰值和电容量C，以及电压变化率(dV/dT)有关。涌浪电流会随着电容变大而上升，也会随着电压值变大而上升。若没有额外对策，电容性负载在送电时会出现大的涌浪电流，因此需要了解此一特性，并且设法降低。
缓启动的目的是限制电容负载在电源投人时会产生的涌浪电流。依照系统不同，此程序可能会花到数秒的时间。一般而言，高压系统若送电时的缓启动时间较长，对系统比较好。
| 11,000 μF 电容器 | 15 A的负载，在送电时会出现的涌浪电流峰值 | |||
|---|---|---|---|---|
| 1 ms | 10 ms | 100 ms | 1 s | |
| v = 28 V | 310 A | 31 A | 3.1 A | 0.31 A |
| v = 610 V | 6710 A | 671A | 67A | 7A |
| ___ = 让断路器跳脱的风险很高 |
| ___ = 需谨慎选择断路器的电流额定 |
| ___ = 良好 |
考虑一个例子，将高压的电压源接到电子设备中，其中有内部的电源供应器，输入端有11000 μF电容。若用28 V供电，电压的变化时间是10ms，其涌浪电流峰值为31A，若是用610 V供电，则其涌浪电流峰值会到 670 A。因此在高压电源接到电容负载时，需要设法限制其涌浪电流，以免造成其他电子元件的电应力。
缓启动功能的定义
缓启动电路的机能需求是产生一个“缓启动”的状态，将输入电源的dV/dT减小，以降低峰值电流。在“缓启动”的状态下，分散式系统中的电感性负载需要先切断。在缓启动时，系统电压会以可控的方式缓慢上升，使启动电流不会超过最大允许电流。当电路中的电压接近稳态电压时，就可以结束缓启动状态。缓启动电路的正常动作，会在电路电压到达工作电压的90%或95%时结束缓启动模式。
许多消费型电子产品中使用的是最简单的涌浪电流限制电路，是直接串接负温度系数的热敏电阻。在低温时，热敏电阻的阻值较高，因此流过的电流较小，在温度较高时，热敏电阻的阻值较低，因此可以允许较大的电流流过。
另一种缓启动电路是在串接阻值较大的电阻，此电阻（称为限流电阻、启动电阻或是充电电阻）上并联一个继电器的接点。缓启动时，继电器的接点不导通，由电阻限制流过的电流，也间接的会使电压变化率减缓。当缓启动完成时，继电器的接点导通，产生低阻抗的路径，因此电流主要会经由继电器流到电路中，系统也会回到正常运作的模式，允许较大的功率输出。
许多主动功因修正系统中也会包括缓启动电路，也有可能是将输入的整流器由二极管电桥改为用其他功率晶体组成的电路。
若用图中的电路来作缓启动电路，让dV/dT小于600V/s，则涌浪电流可以减到7A。这对高压直流配电系统的影响较小。
缓启动的优点
缓启动的主要优点是在送电时减少电子元件所受到的应力，延长元件寿命，提升系统的可靠度。
缓启动还有其他的优点，若系统完整性因为硬件损坏或是失效而变差，缓启动可以减少电气的危害。若设备有短路、对地故障、或是电流可能会流到未受保护的人员或是设备，直接送电可能会造成一些不希望出现的结果。若在高电压送电时，用缓启动来减缓电压上升的速度，会使接点产生的电弧闪光减小。缓启动也可以减缓电压送到故障设备的速率，让系统的诊断机能可以及时发现。因此诊断机能可以在造成进一步损害前，及时关断相关电力。
有些情形下，未受限制的涌浪电流可能会大到使电源断路器跳脱的程度，缓启动可以避免这种送电造成的断路器跳脱。
缓启动常用在纯电动车的应用中，驱动电动机的电流是由变频器所提供，本身在输入侧会有较大的电容[1]。这类系统一般会有接触器（大电流的继电器），在待机状态关闭变频器，或是在变频器失效的状态关闭变频器。若没有缓启动机制，在送电瞬间，接触器导通的涌浪电流可能会产生电弧，让接触器的接点熔化，无法关闭。若是配合缓启动机制，在电压到电池电压90%至95%时才让接触器导通，即可避免此一问题。
在高压电力系统中的应用
相关条目
参考资料
- ^ Li-Ion BMS - Precharge. liionbms.com. [2019-03-01]. （原始内容存档于2013-05-31）.