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浪涌电流限制器STIL02在临界模式PFC升压变换器中的应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:以半可控整流器桥路(HCRB)为基础的STIL02浪涌电流限制器克服了NTC热敏电阻在热态重启时浪涌限流功能变差以及热态功耗较大的缺点,因而是一款优质高效的新型浪涌电流限制器。文中介绍了STIL02临界模式PFC升压预调整器中的应用,同时给出了其应用电路。
  关键词:浪涌电流;限流器件;STIL02;PFC应用
  
  在脱线变换器启动期间,因对大容量电容器充电会产生一个大电流。这个大电流比系统正常电流大几倍乃至几十倍(即所谓浪涌电流),而这可能使AC线路的电压降落,从而影响连接在同一AC线路上的所有设备的运行,有时会烧断保险丝和整流二极管等元件。因此,必须对其加以限制。
  
  限制浪涌电流的最简单方法是在系统AC线路输入端串联一只NTC热敏电阻。由于在冷启动时,NTC热敏电阻呈现高阻抗,因而将使涌入电流得到限制。而当电流的热效应使NTC热敏元件的温度升高,NTC阻值急剧下降时,对系统的电流限制作用会较小。同时,由于NTC热敏电阻在热态下的阻抗并不是零,故会产生功率损耗,从而影响系统的运行效率。还有一个问题是NTC热敏电阻在热态下重新启动时,对浪涌电流起不到限制作用。为此,可在系统启动之后,利用SCR等元件将NTC热敏元件短路。
  
  1基于HCRB的电流限制器STIL02
  
  在传统浪涌电流限制电路中,HCRB被认为是较为先进的一种电路,其基本结构如图1所示。HCRB电路是在桥式整流器上部二极管D1、D2和限流电阻(Rinrush)之间并接两个SCRS(SCR1和CSR2),以组成SCR/二极管混合桥路,从而在系统(PFC升压预变换器)启动期间使浪涌电流通过D1、D2和Rinrush并被Rinrush(NTC)限制。当大容量电容器完全充电后,AC电流通过触发的SCR1、SCR2和D3、D4整流而将D1、D2和Rinrush短路。
  
  基于HCRB电路,ST公司利用专门的ASDTM工艺研制出新型浪涌电流限制器件STIL02。该器件内置两个非灵敏单向开关和驱动器电路,如图2所示。这种采用5引脚小型单列直插式(PENTAWATTHV2)封装的器件,在使用时可将脚L(1)连接到AC线路的火线上,脚N(5)连接AC线路的地线上。而它的其余3个引脚中,OUT(3)为输出端,PT1(2)和PT2(4)为触发输入端。
  
  STIL02的重复正向和反向截止电压达700V,输出平均电流Iout(AV)为2A,具有dV/dt>500V/μs的高抗扰性能和较小的功率损耗。
  
  与HCRB电路比较,STIL02解决了功率损耗与抗扰性之间的矛盾。众所周知:SCR分为灵敏和非灵敏两类。如果HCRB中SCR采用灵敏型器件(触发电流小于100μA),尽管其反向漏电流和反向损耗都很小,但实际上还是不可行。原因是其抗扰性太差,dV/dt仅约10V/μs(加进阻尼电路也只有约100V/μs),而系统启动时在前端产生的窄振荡脉冲电压上升速率dV/dt通常将近300V/μs。如果HCRB中的SCR采用非灵敏器件(触发电流为几个mA),虽然dV/dt可达200V/μs(附加阻尼电路将近400V/μs),但其反向漏电流和反向损耗比灵敏型SCR约高100倍。而STIL02的功率损耗与灵敏SCR相同,但抗扰性是所有类型的SCR都不能比拟的(其dV/dt可达1000V/μs以上)。
  
  2应用电路及工作原理
  
  SITL02应用在PFC升压变换器前端的连接电路如图3所示。当该电路在室温下冷启动时,STIL02中的两个单向开关是断开的,浪涌电流通过桥式整流二极管和涌入电流限制电阻R4(NTC)对PFC输出电容C7充电。一旦PFC变换器导通,那么由升压电感器的次级绕组(n2)、二极管D1和D2、电阻R3及电容C1、C2、C3组成的辅助电源(实际上作为STIL02的驱动电路使用)将会提供足够的能量,以驱动STIL02的两个开关以使其导通,从而使AC电流通过两个开关和桥式整流器下的两只二极管整流。
  
  如果AC线路脱落,输入电流突然消失,电容器C3不再充电,其电压降低。一旦STIL02脚PT1和PT2上的输入驱动电流低于触发电流门限电平,内部两个单向开关就会断开。而当AC线路恢复输入时,对C3充电的涌入电流将通过R4(NTC)被限制。
  
  图2和图3
  
  3设计举例
  
  设PFC升压变换器工作在临界模式(CriticalMode)且技术要求如下:
  
  ●最大输出功率Pou

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