一種控制啟動(dòng)電流的全新電路結(jié)構(gòu)和器件

一種控制啟動(dòng)電流的全新電路結(jié)構(gòu)和器件
摘要：控制啟動(dòng)電流最常見(jiàn)的兩種解決方案：一種是在整流器上串入一個(gè)阻抗，另外一種方案是將阻抗與一個(gè)硅通路元件或者機(jī)電繼電器并聯(lián)，再與整流器串連。本文提出了采用先進(jìn)的ASD工藝而制作的全新電路結(jié)構(gòu)和器件，并介紹了基于這一新工藝的新的電路結(jié)構(gòu)及優(yōu)點(diǎn)。

AC/DC電源啟動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)高達(dá)系統(tǒng)標(biāo)稱電流50倍的啟動(dòng)電流對(duì)輸入電容充電。該啟動(dòng)電流會(huì)導(dǎo)致主電源上電壓降的產(chǎn)生，從而影響連接到同一個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)上的其它設(shè)備的正常工作，甚至熔斷輸入線路熔絲。

離線電源的前端如圖1所示，由一個(gè)橋式整流器和一個(gè)大容量濾波電容組成。啟動(dòng)時(shí)對(duì)大容量濾波電容的充電會(huì)在輸入端產(chǎn)生一個(gè)通常稱之為啟動(dòng)電流的浪涌電流。如果不限制這一啟動(dòng)電流，那么輸入熔絲就可能熔斷或者可能觸發(fā)電路保護(hù)斷路器。在這里介紹一種可控硅整流橋，也稱為BSCR的新結(jié)構(gòu)，以及采用先進(jìn)的ASD技術(shù)制作的一種相關(guān)的器件。

BSCR結(jié)構(gòu)
圖2顯示了一個(gè)BSCR電路，SCR與整流橋中的整流二極管以及限流電阻器之間的連接如圖中所示。啟動(dòng)時(shí)電流會(huì)流經(jīng)整流橋上面的兩個(gè)二極管D1和D2，并受到啟動(dòng)電阻Rinrush的限制。
大容量電容器被充電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)類(lèi)似附屬電源耦合到PFC升壓電感器上，打開(kāi)并為SCR1和SCR2提供柵極驅(qū)動(dòng)電流。如圖2所示，它也包括一個(gè)PFC變換器，然而沒(méi)有PFC變換器BSCR電路也能工作，在這種情況下，附屬電源會(huì)與主變換器耦合。
在標(biāo)稱工作情況下，SCR會(huì)旁路整流橋上面的兩個(gè)二極管D1、D2和啟動(dòng)電阻Rinrush，而且AC輸入電流會(huì)通過(guò)SCR以及整流橋下面的兩個(gè)二極管D3和D4進(jìn)行整流。同使用雙向可控硅的串連結(jié)構(gòu)或者單個(gè)SCR同整流橋串連的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，BSCR電路的損耗通過(guò)傳統(tǒng)二極管橋中的兩個(gè)二極管的等效損耗降低了。 
 
提高SCR可靠性能
要滿足需要的性能，選擇適合特定應(yīng)用的SCR非常重要。SCR分成兩大系列：敏感柵SCR以及標(biāo)準(zhǔn)器件。敏感柵SCR的最小柵極觸發(fā)電流大約為幾十微安，而標(biāo)準(zhǔn)SCR的柵極觸發(fā)電流則達(dá)到了幾毫安的范圍。然而柵極敏感度的提高也會(huì)帶來(lái)?yè)p失，即降低了抗dv/dt變化的能力。SCR以及雙向可控硅非常容易地為加到端口上高的dv/dt所觸發(fā)，并通過(guò)器件上的寄生電容將電荷耦合到柵極上。敏感柵SCR可以經(jīng)受陽(yáng)極陰極之間大約10V/us的dv/dt變化，而標(biāo)準(zhǔn)SCR則可以經(jīng)受更高的dv/dt變化，通常高達(dá)400V/μs。
為了提高敏感柵SCR的可靠性，可以在柵極和陰極管腳之間增加一個(gè)外部電容。該電容可以吸收柵極管腳上dv/dt噪聲電壓產(chǎn)生的寄生電流，從而避免任何預(yù)料之外的觸發(fā)脈沖的影響。選擇SCR的另外一個(gè)考慮就是器件反向偏置時(shí)的耗損。這種耗損是由反向泄漏電流以及反向偏置泄漏電流組合引起的，損耗大小正比于柵極電流。在BSCR結(jié)構(gòu)中，SCR由圖5中的恒定電流觸發(fā)。在SCR上施加反向電壓時(shí)，反向偏置泄漏電流I_gt-rev正比于SCR中由陰極流向陽(yáng)極的柵極電流Igt。該電流加入到正常的反向泄漏電流I_rev中。因此，流過(guò)SCR的總的反向電流I_k可由下式計(jì)算：
I_k = I_gt-rev + I_rev (1)

不考慮反向電壓(V_rev)幅度，并假定總的反向電流是恒定的常量，那么SCR的反向損耗可以由下面的等式給出：P_rev-loss = V_peak