论文部分内容阅读
在脱机(离线式)AC-DC电源启动期间，由于经整流的AC电流对大容量的电容器充电，会产生一个浪涌电流。这种浪涌电流通常为系统正常工作电流的10倍乃至50倍，会烧毁输入线路上的保险丝或迫使交流电源配置的断路器断开。
传统浪涌电流限制器
为限制浪涌电流强度，通常所采取的最简单措施就是在低功率系统中的桥式整流器输入端串联独立的限流电阻Rlimit或NTC热敏电阻，如图1所示。限流电阻阻值一般为4.7～10Ω，仅限于在10W以下的系统中应用，主要缺点是体积较大，功率损耗高，影响系统效率。用NTC热敏电阻RT替代独立限流电阻Rlimit，在环境温度下，RT的阻值非常高，可有效地限制浪涌电流；在系统启动后进入正常操作时的阻值急剧降低，从而减小了功率损耗。NTC热敏元件的尺寸较小，适合于在20～50W的系统中用作启动时的限流元件。在热启动(即NTC热敏电阻温度较高)时或电路板上环境温度达到60℃以上再启动时，NTC热敏电阻对浪涌电流不再起限制作用。在热态下NTC热敏元件阻值并不为零，其损耗并非是可以忽略的。
为降低功率损耗，可在NTC热敏元件上并联可控硅(SCR)、三端双向可控硅开关元件(TRIAC)或继电器，如图2所示。在系统启动期间，浪涌电流由NTC热敏电阻限制。当系统进入正常操作时，启动控制电路触发SCR或TRIAC，或使继电器吸合，将NTC热敏电阻短路。但是，SCR和TRIAC的导通损耗相对也较大，继电器接通电阻虽然非常小，但体积过大，而且响应速度也较差。
还有一种浪涌电流限制电路被称作半可控整流桥(HCRB)，如图3所示。在启动期间，浪涌电流通过二极管VD1、VD2和RT，被RT限制。在系统进入正常操作期间，AC输入电流通过两个SCR(SCR1与SCR2)和二极管VD3与VD4整流，而二极管VD1、VD2及限流电阻RT被短路。HCRB与其它几种浪涌电流限制元件比较，尺寸和损耗都比较小。但应考虑功率损耗与抗瞬态电压(dv/dt)之间的关系。
在电源变换器启动期间，在前端会出现一些振荡，产生dv/dt直达近300V/μs的窄尖峰脉冲。在HCRB电路中的两只SCR,如果选择灵敏型器件(控制极触发电流低至几十个微安)，其反向漏电流和反向功率损耗要比非灵敏SCR(触发电流达几个毫安)虽然约低100倍，但其dv/dt仅约10V/μs，抗扰性极差。即使在其控制极与阴极之间连接一只阻尼电容(100nF)，dv/dt值也只能达100V/μs。若选用非灵敏SCR，虽然其抗扰性能较好,dv/dv可达200V/μs(在附加阻尼电路后可达300V/μs以上)，但其反向功率损耗又太大。
意法微电子(ST)公司利用专用散件(ASD)工艺制作的STIL02-P5浪涌电流限制器件，则解决了功率损耗与抗扰性(dv/dt)之间的平衡。
新型浪涌电流限制器件STIL02-P5
STIL02-P5是基于半可控整流桥路(HCRB)并采用ASD工艺技术研制的一种新型浪涌电流限制器件，适用于50～150W的AC/DC电源变换器浪涌电流限制。
STIL02-P5采用5引脚直插式PENTAWATT HV2封装，内置两个非灵敏单向开关及其控制驱动器，如图4所示。
STIL02-P5的L(1)脚连接AC线路相线(开关1)，N(5)脚(开关2)连接AC线路中线，pt1(2)脚和pt2(4)脚分别是功率开关1和2的控制输入脚，OUT(3)脚为输出端。
STIL02-P5的主要技术性能指标如下：重复正向和反向截止电压VDout/VRout为700V，输出端平均导通态电流为2A，不重复浪涌峰值导通态电流ITSM达65A(正弦波，tp=10ms)，动态电压上升速率dv/dt≥500V/μs，驱动器触发电流(Ipt1=Ipt2)为10mA，控制触发电压VD(pt1)=VD(pt2)=0.8V(典型值)，反向电流IRout(off)≤5μA，每只开关门限电压Vt0为0.7V，动态电阻Rd=70mΩ，正向压降是0.9V，器件工作结温Tj=0～150℃。
STIL02-P5在开关电源中的应用电路如图5所示。其工作原理与HCRB电路相同。在系统启动期间，桥式整流器整流电流通过RT对电容C1充电，浪涌电流被RT限制。在系统启动之后进入正常操作期间，电源变压器附加绕组(N3)感生的高频脉冲电压经二极管VD5整流和电容C2滤波，施加到STIL02-P5的Pt1和Pt2脚，驱使内部两个单向开关(S1与S2)接通，将二极管VD1、VD2和RT短路，由两个开关S1和S2及二极管VD3与VD4整流。
STIL02-P5的反向漏电流和功率损耗与灵敏型SCR相当，但抗扰性能是任何类型的SCR不能相媲美的。STIL02-P5的耐瞬变电压冲击能力可达1000V/μs，而且无需阻尼电路。这个抗扰性指标是不带阻尼电容的灵敏型SCR的100倍，是非灵敏SCR的3～5倍。在70W的开关电源中用STIL02-P5作限流元件，与传统浪涌电流限制元件相比，可使系统效率提高1.5%～2%，而且体积较小，响应速度快，抗扰性能好，可靠性高。
除STIL02-P5之外，ST公司还推出STIL04等器件。其中，STIL04的导通态平均电流为4A。
传统浪涌电流限制器
为限制浪涌电流强度，通常所采取的最简单措施就是在低功率系统中的桥式整流器输入端串联独立的限流电阻Rlimit或NTC热敏电阻，如图1所示。限流电阻阻值一般为4.7～10Ω，仅限于在10W以下的系统中应用，主要缺点是体积较大，功率损耗高，影响系统效率。用NTC热敏电阻RT替代独立限流电阻Rlimit，在环境温度下，RT的阻值非常高，可有效地限制浪涌电流；在系统启动后进入正常操作时的阻值急剧降低，从而减小了功率损耗。NTC热敏元件的尺寸较小，适合于在20～50W的系统中用作启动时的限流元件。在热启动(即NTC热敏电阻温度较高)时或电路板上环境温度达到60℃以上再启动时，NTC热敏电阻对浪涌电流不再起限制作用。在热态下NTC热敏元件阻值并不为零，其损耗并非是可以忽略的。
为降低功率损耗，可在NTC热敏元件上并联可控硅(SCR)、三端双向可控硅开关元件(TRIAC)或继电器，如图2所示。在系统启动期间，浪涌电流由NTC热敏电阻限制。当系统进入正常操作时，启动控制电路触发SCR或TRIAC，或使继电器吸合，将NTC热敏电阻短路。但是，SCR和TRIAC的导通损耗相对也较大，继电器接通电阻虽然非常小，但体积过大，而且响应速度也较差。
还有一种浪涌电流限制电路被称作半可控整流桥(HCRB)，如图3所示。在启动期间，浪涌电流通过二极管VD1、VD2和RT，被RT限制。在系统进入正常操作期间，AC输入电流通过两个SCR(SCR1与SCR2)和二极管VD3与VD4整流，而二极管VD1、VD2及限流电阻RT被短路。HCRB与其它几种浪涌电流限制元件比较，尺寸和损耗都比较小。但应考虑功率损耗与抗瞬态电压(dv/dt)之间的关系。
在电源变换器启动期间，在前端会出现一些振荡，产生dv/dt直达近300V/μs的窄尖峰脉冲。在HCRB电路中的两只SCR,如果选择灵敏型器件(控制极触发电流低至几十个微安)，其反向漏电流和反向功率损耗要比非灵敏SCR(触发电流达几个毫安)虽然约低100倍，但其dv/dt仅约10V/μs，抗扰性极差。即使在其控制极与阴极之间连接一只阻尼电容(100nF)，dv/dt值也只能达100V/μs。若选用非灵敏SCR，虽然其抗扰性能较好,dv/dv可达200V/μs(在附加阻尼电路后可达300V/μs以上)，但其反向功率损耗又太大。
意法微电子(ST)公司利用专用散件(ASD)工艺制作的STIL02-P5浪涌电流限制器件，则解决了功率损耗与抗扰性(dv/dt)之间的平衡。
新型浪涌电流限制器件STIL02-P5
STIL02-P5是基于半可控整流桥路(HCRB)并采用ASD工艺技术研制的一种新型浪涌电流限制器件，适用于50～150W的AC/DC电源变换器浪涌电流限制。
STIL02-P5采用5引脚直插式PENTAWATT HV2封装，内置两个非灵敏单向开关及其控制驱动器，如图4所示。
STIL02-P5的L(1)脚连接AC线路相线(开关1)，N(5)脚(开关2)连接AC线路中线，pt1(2)脚和pt2(4)脚分别是功率开关1和2的控制输入脚，OUT(3)脚为输出端。
STIL02-P5的主要技术性能指标如下：重复正向和反向截止电压VDout/VRout为700V，输出端平均导通态电流为2A，不重复浪涌峰值导通态电流ITSM达65A(正弦波，tp=10ms)，动态电压上升速率dv/dt≥500V/μs，驱动器触发电流(Ipt1=Ipt2)为10mA，控制触发电压VD(pt1)=VD(pt2)=0.8V(典型值)，反向电流IRout(off)≤5μA，每只开关门限电压Vt0为0.7V，动态电阻Rd=70mΩ，正向压降是0.9V，器件工作结温Tj=0～150℃。
STIL02-P5在开关电源中的应用电路如图5所示。其工作原理与HCRB电路相同。在系统启动期间，桥式整流器整流电流通过RT对电容C1充电，浪涌电流被RT限制。在系统启动之后进入正常操作期间，电源变压器附加绕组(N3)感生的高频脉冲电压经二极管VD5整流和电容C2滤波，施加到STIL02-P5的Pt1和Pt2脚，驱使内部两个单向开关(S1与S2)接通，将二极管VD1、VD2和RT短路，由两个开关S1和S2及二极管VD3与VD4整流。
STIL02-P5的反向漏电流和功率损耗与灵敏型SCR相当，但抗扰性能是任何类型的SCR不能相媲美的。STIL02-P5的耐瞬变电压冲击能力可达1000V/μs，而且无需阻尼电路。这个抗扰性指标是不带阻尼电容的灵敏型SCR的100倍，是非灵敏SCR的3～5倍。在70W的开关电源中用STIL02-P5作限流元件，与传统浪涌电流限制元件相比，可使系统效率提高1.5%～2%，而且体积较小，响应速度快，抗扰性能好，可靠性高。
除STIL02-P5之外，ST公司还推出STIL04等器件。其中，STIL04的导通态平均电流为4A。