使用SCR設計的浪涌電流抑制電路

提高功率密度和可靠性是電源設計的趨勢,使用半導體器件替代機械部件是最簡便的方法。

在AC-DC電源啟動瞬間,由於大容量電解電容的充電效應,會產生非常高的電流尖峰,該浪涌電流在線路上引起的壓降,可能影響連接到同一電網的其他設備的運行。浪涌會觸發或損壞元器件,如斷路器、保險絲、電容或橋式整流器。為了保證電氣裝置的安全性和功率轉換器的可靠性,必要限制此浪涌電流。

ST 提供了一種設計方案,可參考STEVAL-SCR002V1評估板,設計了引一個簡單的AC-DC前端電路,由橋式整流器和可控矽(SCR)組成。該使設計非常緊湊。可以很容易地用於PFC或反激電源,DEMO board 可以方便的連接在現有的PCBA上進行測試,方案使用ST高溫版本SCR TN1605H-6T ,取代繼電器。



方案優點:
• 兩個 TN1605H-6T 16 A - 600 V 高節溫 TO-220 封裝 SCR, 用於旁路NTC 限流電阻。
• 緊湊的設計: 43.6 x 28.5 mm 
• 兼容所有模式下帶或不帶PFC的AC-DC轉換器:CCM、CRM和DCM。
• 開啟信號電壓範圍寬 (EN = 3.3 V to 15 V) 。
適用於50 W至1000 W(230 VRMS,TAMB=60°C)的應用。
符合交流或直流輸入電壓:90-265 VAC、50/60 Hz或120-400 VDC。
• 穩定性和抗干擾能力強(2 kV IEC 61000-4-5, 4 kV IEC 61000-4-4)。
• 低EMI (EN55014 and EN55022) 。





<1>電源啟動瞬間:EN腳為低電平,X1,X2,D1,D2,Q1,組成的的單元電路處於關閉狀態,AC 交流電流都需要流經限流電阻NTC1。

<1>穩定狀態:當大容量電容器充電結束後,EN使能信號(例如,5V DC或PWM 10 kHzα=10%)被施加到Q1三端雙向可控矽(Z0110MN)的柵極,Q1導通根據交流線路極性,SCR柵極電流流經D1和D2;X1或X2(TN1605H-6T )根據交流線路極性交替自動開啟和關閉。在標準運行模式下,整流橋的兩個頂部二極體(D3和D4)和兩個SCR(X1和X2)對交流線路進行整流,同時,NTC電阻器被旁路。



使用SCR旁路拓撲的一個問題是兩個SCR反向偏置時的功率損耗。在穩定狀態期間,在每個主電源周期,一個SCR關閉並對交流線路電流進行整流,另一個SCR反向偏置並截止,為不導電SCR的柵極供電會導致高漏電流,帶來反向功率損失。

評估板的解決方案是低側旁路拓撲:TN1605H-6T SCR門驅動器由Z0110MN和STTH110A串聯連接到SCR門實現,該解決方案允許僅控制正偏置的SCR而不感測AC線信號的極性。由於SCR的開通特性,D1和D2自動將柵極電流切換到正偏置SCR,這解釋了為什麼不需要極性檢測也不會發生反嚮導通。



Layout 參考:
 


 
註: 本文數據和demo board 資料來自ST 應用手冊 UM2948,網址www.ST.com

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