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时间:2019-05-12
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1、基于新型器件STIL的浪涌电流限制电路(ICLC)设计作者:毛兴武 文章加入时间:2005年9月7日 13:27:36 摘要:介绍了离线电源变换器新型浪涌电流限制器STIL的基本结构和工作原理,给出了在PFC升压变换器中的应用电路及电源前端元件和STIL驱动器电路的设计方法。 关键词:浪涌电流限制器;驱动电路;设计 引言 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,
2、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。 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I
3、CRB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。 1STIL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。 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
4、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STIL02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/反向电压均为700V,动态电压上升率dv/dt>500V/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
5、=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Ik<300μA。 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)。 在系统启动期间,STIL中的两个
6、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
7、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=0.8; 峰值浪涌电流Ipeak30A; 最大开关频率fs(max)=350kHz; 升压电感器L1电感值L=85
8、0μH。 根据这些技术参数和STIL的电气性能,可以对功率元器件和STIL驱动电路元件进行选择。 2.2.1功率元器件的选择 1)NTC热敏电阻(R4) R4在系统启动期间用以限制浪涌电流,在稳态下被STIL短路。R4可用式(1)计算,即 对于220V的AC额定输入电压,由于Ipeak=30A,则R4=10Ω。 2)STIL器件 由于PFC升压变换器能在AC线路输入端产 生一
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