基于新型器件SIL的浪涌电流限制电路(ICLC)设计.docVIP

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基于新型器件SIL的浪涌电流限制电路(ICLC)设计

  基于新型器件STIL的浪涌电流限制电路(ICLC)设计   在AC/DC电源变换器启动期间,由于大容量电容器充电,会产生一个比系统正常工作电流高几倍乃至50倍的浪涌电流。如果对浪涌电流不加以限制,在主电源上会产生一个较大的电压降落,影响连接在同一电源网络中设备的工作,并会烧毁输入线路上的保险丝。   基于半可控整流桥(HCRB)拓扑结构的STIL器件,与NTC热敏元件等组成浪涌电流限制电路(ICLC)具有诸多优点。事实上,STIL中的单向开关,是采用专门ASDTM工艺集成的高性能SCR,在其控制极电流(Igt)、dv/dt和反向漏电流(Ik)三个参数之间实现了较理想的折衷。这种单向开关的反向功耗是传统HCRB电路中使用的分立非灵敏SCR(触发电流为几个mA)反向功耗(约900mW)的1/100,抗瞬态电压冲击能力(dv/dt)比灵敏SCR(触发电流为几十μA,dv/dt仅约10V/μs)高50~100倍。与独立使用NTC热敏电阻比较,功率损耗大大地降低。当STIL用于80W变换器时,效率比单独使用NTC热敏电阻约提高1.5%。   为了限制浪涌电流强度,传统的解决方案主要有两种:一种是在较低功率的电源系统桥式整流器之前,串接单独的阻抗元件,如浪涌限制电阻或NTC热敏电阻;另一种是使用SCR、Triac和继电器等通路元件或半可控整流桥(HCRB),当变换器启动时电容器一被充电,通过通路元件去短路串联阻抗元件,以减小功率损耗。不论是采用哪一种方法,都有其缺点,或者是尺寸较大,或者是功率损耗较大,或者是响应速度较慢,或者是抗干扰能力较差。   意法半导体(ST)公司基于ICRB拓扑结构并采用ASDTM专门工艺制造的STIL系列器件,是一种新型的浪涌电流限制器,具有低功耗、抗扰性强和可靠性高等优点。   1 STIL的基本结构、工作原理和主要电气特性   浪涌电流限制器STIL是基于HCRB制作的,内部结构主要包括两个非敏感单向功率开关及其驱动器电路,与桥式整流器并联使用。图1示出了STIL的基本结构及其在电源变换器应用中的连接。      图1 STIL的内部结构及其应用连接   在系统启动期间,STIL中的两个单向开关是断开的。浪涌电流通过二极管桥式整流和浪涌电阻Ri(通常为NTC热敏元件)。随着主电源变换器导通,与电源变压器(或PFC变换器件升压电感器)耦合在一起的辅助电源被启动,为STIL中的两个开关提供足够的能量使其接通。在正常状态下,桥式整流器中只有2只二极管和两个单向开关去整流AC线路电流。   STIL主要包含STIL-02和STIL04两种型号,   其通态输出电流Iout(AV)分别为2A和4A(当结温Tj=150℃时),两种器件断态正向/反向电压(VDout/VRout)均为700V,动态电压上升率dv/dt500V/μs,驱动器触发电流最大值Ipt(max)=10mA,触发电压VD(pt)典型值为0.85V,开关门限直接电压Vto=0.7V(典型值),动态直接电阻Rd=70mΩ(典型值),正向压降VF典型值为0.9V,总反向漏电流Ik300μA。   2 应用电路与设计   2.1 在PFC预变换器中的应用电路   STIL在以L6561作为功率因数控制器的功率因数校正(PFC)预变换器中的应用电路如图2所示。其中,STIL、NTC(热敏电阻)、PFC升压电感器(L1)的附加绕组N2、二极管D1与D2、电容C1和C2及C3、电阻R1与R2等,组成PFC升压变换器的浪涌电流限制电路(ICLC)。      图2 浪涌电流限制器STIL02-P5在85WPFC升压变换器中的应用电路   在系统启动期间,STIL中的两个单向开关是断开的,浪涌电流通过二极管桥式整流、NTC(R4)和二极管D3对PFC输出电容C7充电(跟随桥式整流器的小电容C6仅用作高频旁路,不影响浪涌电流)。一旦PFC预变换器导通,与主电感器L1耦合在一起的辅助电源为STIL中的两个功率开关提供需要的能量使其接通,AC线路电流经STIL和桥式整流底部的2只二极管整流,R4中不再有电流通过,故减小了其功率损耗,有利于提高系统效率。一旦AC线路输入中断,PFC变换器和STIL的辅助电源截止,电容C7放电,STIL的两个开关断开。当AC线路恢复时,两个开关仍然断开,浪涌电流对C7重新充电,并被R4限制。当C7充电结束PFC电路进入正常运行时,STIL中的两个开关接通。   2.2 设计方法   假设PFC升压变换器的主要技术规格为:   最大输出功率 Pout(max)=85W;   DC稳压输出电压 Vout=400V;   最低AC线路输入电压 Vin(min)=85V;   最高AC线路输入电压 Vin(max)=264V;   系统效率 η

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