基于新型器件SIL的浪涌电流限制电路（ICLC）设计.docVIP

　　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