一種控制啟動電流的全新電路結構和器件

一種控制啟動電流的全新電路結構和器件
摘要：控制啟動電流最常見的兩種解決方案：一種是在整流器上串入一個阻抗，另外一種方案是將阻抗與一個硅通路元件或者機電繼電器并聯，再與整流器串連。本文提出了采用先進的ASD工藝而制作的全新電路結構和器件，并介紹了基于這一新工藝的新的電路結構及優點。

AC/DC電源啟動時，將產生一個高達系統標稱電流50倍的啟動電流對輸入電容充電。該啟動電流會導致主電源上電壓降的產生，從而影響連接到同一個電源網絡上的其它設備的正常工作，甚至熔斷輸入線路熔絲。

離線電源的前端如圖1所示，由一個橋式整流器和一個大容量濾波電容組成。啟動時對大容量濾波電容的充電會在輸入端產生一個通常稱之為啟動電流的浪涌電流。如果不限制這一啟動電流，那么輸入熔絲就可能熔斷或者可能觸發電路保護斷路器。在這里介紹一種可控硅整流橋，也稱為BSCR的新結構，以及采用先進的ASD技術制作的一種相關的器件。

BSCR結構
圖2顯示了一個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。啟動時電流會流經整流橋上面的兩個二極管D1和D2，并受到啟動電阻Rinrush的限制。
大容量電容器被充電時，會產生一個類似附屬電源耦合到PFC升壓電感器上，打開并為SCR1和SCR2提供柵極驅動電流。如圖2所示，它也包括一個PFC變換器，然而沒有PFC變換器BSCR電路也能工作，在這種情況下，附屬電源會與主變換器耦合。
在標稱工作情況下，SCR會旁路整流橋上面的兩個二極管D1、D2和啟動電阻Rinrush，而且AC輸入電流會通過SCR以及整流橋下面的兩個二極管D3和D4進行整流。同使用雙向可控硅的串連結構或者單個SCR同整流橋串連的結構進行比較，BSCR電路的損耗通過傳統二極管橋中的兩個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，選擇適合特定應用的SCR非常重要。SCR分成兩大系列：敏感柵SCR以及標準器件。敏感柵SCR的最小柵極觸發電流大約為幾十微安，而標準SCR的柵極觸發電流則達到了幾毫安的范圍。然而柵極敏感度的提高也會帶來損失，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，并通過器件上的寄生電容將電荷耦合到柵極上。敏感柵SCR可以經受陽極陰極之間大約10V/us的dv/dt變化，而標準SCR則可以經受更高的dv/dt變化，通常高達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外部電容。該電容可以吸收柵極管腳上dv/dt噪聲電壓產生的寄生電流，從而避免任何預料之外的觸發脈沖的影響。選擇SCR的另外一個考慮就是器件反向偏置時的耗損。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結構中，SCR由圖5中的恒定電流觸發。在SCR上施加反向電壓時，反向偏置泄漏電流I_gt-rev正比于SCR中由陰極流向陽極的柵極電流Igt。該電流加入到正常的反向泄漏電流I_rev中。因此，流過SCR的總的反向電流I_k可由下式計算：
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