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学技术 | 使用SCR设计的浪涌电流抑制电路

大大通 2023-01-13 10:35 次阅读

提高功率密度和可靠性是电源设计的趋势,使用半导体器件替代机械部件是最简便的方法。

AC-DC电源启动瞬间,由于大容量电解电容的充电效应,会产生非常高的电流尖峰,该浪涌电流在线路上引起的压降,可能影响连接到同一电网的其他设备的运行。浪涌会触发或损坏元器件,如断路器、保险丝电容桥式整流器。为了保证电气装置的安全性和功率转换器的可靠性,必要限制此浪涌电流。

ST 提供了一种设计方案,可参考STEVAL-SCR002V1评估板,设计了一个简单的AC-DC前端电路,由桥式整流器和可控硅(SCR)组成。使该设计非常紧凑。可以很容易地用于PFC或反激电源,DEMO board 可以方便的连接在现有的PCBA上进行测试,方案使用ST高温版本SCR TN1605H-6T ,取代继电器。

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方案优点:

• 两个 TN1605H-6T 16 A - 600 V 高节温 TO-220 封装 SCR, 用于旁路NTC 限流电阻

• 紧凑的设计: 43.6 x 28.5 mm

• 兼容所有模式下带或不带PFC的AC-DC转换器:CCM、CRM和DCM。

• 开启信号电压范围宽 (EN = 3.3 V to 15 V) 。

• 适用于50 W至1000 W(230 VRMS,TAMB=60°C)的应用。

• 符合交流或直流输入电压:90-265 VAC、50/60 Hz或120-400 VDC。

• 稳定性和抗干扰能力强(2 kV IEC 61000-4-5, 4 kV IEC 61000-4-4)。

• 低EMI (EN55014 and EN55022) 。

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<1>电源启动瞬间:EN脚为低电平,X1,X2,D1,D2,Q1,组成的的单元电路处于关闭状态,AC 交流电流都需要流经限流电阻NTC1。

<1>稳定状态:当大容量电容器充电结束后,EN使能信号(例如,5V DC或PWM 10 kHzα=10%)被施加到Q1三端双向可控硅(Z0110MN)的栅极,Q1导通根据交流线路极性,SCR栅极电流流经D1和D2;X1或X2(TN1605H-6T )根据交流线路极性交替自动开启和关闭。在标准运行模式下,整流桥的两个顶部二极管(D3和D4)和两个SCR(X1和X2)对交流线路进行整流,同时,NTC电阻器被旁路。

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使用SCR旁路拓扑的一个问题是两个SCR反向偏置时的功率损耗。在稳定状态期间,在每个主电源周期,一个SCR关闭并对交流线路电流进行整流,另一个SCR反向偏置并截止,为不导电SCR的栅极供电会导致高漏电流,带来反向功率损失。

评估板的解决方案是低侧旁路拓扑:TN1605H-6T SCR门驱动器由Z0110MN和STTH110A串联连接到SCR门实现,该解决方案允许仅控制正偏置的SCR而不感测AC线信号的极性。由于SCR的开通特性,D1和D2自动将栅极电流切换到正偏置SCR,这解释了为什么不需要极性检测也不会发生反向导通。

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Layout 参考:

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