浪涌电流限制器STIL02在临界模式PFC升压变换器中的应用
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Ｐｏｕｔ(ｍａｘ)为８５Ｗ；
●输入ＡＣ电压为８５～２６４Ｖｒｍｓ(５０／６０Ｈｚ)；
●经调节的ＤＣ输出电压Ｖｏｕｔ为４００Ｖ；
●峰值涌入电流Ｉｐｅａｋ小于３０Ａ(＠Ｔａ＝２５℃)；
《浪涌电流限制器STIL02在临界模式PFC升压变换器中的应用》
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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Ｐｏｕｔ(ｍａｘ)为８５Ｗ；
●输入ＡＣ电压为８５～２６４Ｖｒｍｓ(５０／６０Ｈｚ)；
●经调节的ＤＣ输出电压Ｖｏｕｔ为４００Ｖ；
●峰值涌入电流Ｉｐｅａｋ小于３０Ａ(＠Ｔａ＝２５℃)；
《浪涌电流限制器STIL02在临界模式PFC升压变换器中的应用》
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