新型浪涌電流限制器ＳＴＩＬ０２－Ｐ５

毛興武　黃家嵐

在脫機(jī)(離線式)AC-DC電源啟動(dòng)期間，由于經(jīng)整流的AC電流對(duì)大容量的電容器充電，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)浪涌電流。這種浪涌電流通常為系統(tǒng)正常工作電流的10倍乃至50倍，會(huì)燒毀輸入線路上的保險(xiǎn)絲或迫使交流電源配置的斷路器斷開(kāi)。

傳統(tǒng)浪涌電流限制器

為限制浪涌電流強(qiáng)度，通常所采取的最簡(jiǎn)單措施就是在低功率系統(tǒng)中的橋式整流器輸入端串聯(lián)獨(dú)立的限流電阻Rlimit或NTC熱敏電阻，如圖1所示。限流電阻阻值一般為4.7～10Ω，僅限于在10W以下的系統(tǒng)中應(yīng)用，主要缺點(diǎn)是體積較大，功率損耗高，影響系統(tǒng)效率。用NTC熱敏電阻RT替代獨(dú)立限流電阻Rlimit，在環(huán)境溫度下，RT的阻值非常高，可有效地限制浪涌電流；在系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)入正常操作時(shí)的阻值急劇降低，從而減小了功率損耗。NTC熱敏元件的尺寸較小，適合于在20～50W的系統(tǒng)中用作啟動(dòng)時(shí)的限流元件。在熱啟動(dòng)(即NTC熱敏電阻溫度較高)時(shí)或電路板上環(huán)境溫度達(dá)到60℃以上再啟動(dòng)時(shí)，NTC熱敏電阻對(duì)浪涌電流不再起限制作用。在熱態(tài)下NTC熱敏元件阻值并不為零，其損耗并非是可以忽略的。

為降低功率損耗，可在NTC熱敏元件上并聯(lián)可控硅(SCR)、三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件(TRIAC)或繼電器，如圖2所示。在系統(tǒng)啟動(dòng)期間，浪涌電流由NTC熱敏電阻限制。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入正常操作時(shí)，啟動(dòng)控制電路觸發(fā)SCR或TRIAC，或使繼電器吸合，將NTC熱敏電阻短路。但是，SCR和TRIAC的導(dǎo)通損耗相對(duì)也較大，繼電器接通電阻雖然非常小，但體積過(guò)大，而且響應(yīng)速度也較差。

還有一種浪涌電流限制電路被稱作半可控整流橋(HCRB)，如圖3所示。在啟動(dòng)期間，浪涌電流通過(guò)二極管VD1、VD2和RT，被RT限制。在系統(tǒng)進(jìn)入正常操作期間，AC輸入電流通過(guò)兩個(gè)SCR(SCR1與SCR2)和二極管VD3與VD4整流，而二極管VD1、VD2及限流電阻RT被短路。HCRB與其它幾種浪涌電流限制元件比較，尺寸和損耗都比較小。但應(yīng)考慮功率損耗與抗瞬態(tài)電壓(dv/dt)之間的關(guān)系。

在電源變換器啟動(dòng)期間，在前端會(huì)出現(xiàn)一些振蕩，產(chǎn)生dv/dt直達(dá)近300V/μs的窄尖峰脈沖。在HCRB電路中的兩只SCR,如果選擇靈敏型器件(控制極觸發(fā)電流低至幾十個(gè)微安)，其反向漏電流和反向功率損耗要比非靈敏SCR(觸發(fā)電流達(dá)幾個(gè)毫安)雖然約低100倍，但其dv/dt僅約10V/μs，抗擾性極差。即使在其控制極與陰極之間連接一只阻尼電容(100nF)，dv/dt值也只能達(dá)100V/μs。若選用非靈敏SCR，雖然其抗擾性能較好,dv/dv可達(dá)200V/μs(在附加阻尼電路后可達(dá)300V/μs以上)，但其反向功率損耗又太大。

意法微電子(ST)公司利用專用散件(ASD)工藝制作的STIL02-P5浪涌電流限制器件，則解決了功率損耗與抗擾性(dv/dt)之間的平衡。

新型浪涌電流限制器件STIL02-P5

STIL02-P5是基于半可控整流橋路(HCRB)并采用ASD工藝技術(shù)研制的一種新型浪涌電流限制器件，適用于50～150W的AC/DC電源變換器浪涌電流限制。

STIL02-P5采用5引腳直插式PENTAWATTHV2封裝，內(nèi)置兩個(gè)非靈敏單向開(kāi)關(guān)及其控制驅(qū)動(dòng)器，如圖4所示。

STIL02-P5的L(1)腳連接AC線路相線(開(kāi)關(guān)1)，N(5)腳(開(kāi)關(guān)2)連接AC線路中線，pt1(2)腳和pt2(4)腳分別是功率開(kāi)關(guān)1和2的控制輸入腳，OUT(3)腳為輸出端。

STIL02-P5的主要技術(shù)性能指標(biāo)如下：重復(fù)正向和反向截止電壓VDout/VRout為700V，輸出端平均導(dǎo)通態(tài)電流為2A，不重復(fù)浪涌峰值導(dǎo)通態(tài)電流ITSM達(dá)65A(正弦波，tp=10ms)，動(dòng)態(tài)電壓上升速率dv/dt≥500V/μs，驅(qū)動(dòng)器觸發(fā)電流(Ipt1=Ipt2)為10mA，控制觸發(fā)電壓VD(pt1)=VD(pt2)=0.8V(典型值)，反向電流IRout(off)≤5μA，每只開(kāi)關(guān)門(mén)限電壓Vt0為0.7V，動(dòng)態(tài)電阻Rd=70mΩ，正向壓降是0.9V，器件工作結(jié)溫Tj=0～150℃。

STIL02-P5在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用電路如圖5所示。其工作原理與HCRB電路相同。在系統(tǒng)啟動(dòng)期間，橋式整流器整流電流通過(guò)RT對(duì)電容C1充電，浪涌電流被RT限制。在系統(tǒng)啟動(dòng)之后進(jìn)入正常操作期間，電源變壓器附加繞組(N3)感生的高頻脈沖電壓經(jīng)二極管VD5整流和電容C2濾波，施加到STIL02-P5的Pt1和Pt2腳，驅(qū)使內(nèi)部?jī)蓚€(gè)單向開(kāi)關(guān)(S1與S2)接通，將二極管VD1、VD2和RT短路，由兩個(gè)開(kāi)關(guān)S1和S2及二極管VD3與VD4整流。

STIL02-P5的反向漏電流和功率損耗與靈敏型SCR相當(dāng)，但抗擾性能是任何類型的SCR不能相媲美的。STIL02-P5的耐瞬變電壓沖擊能力可達(dá)1000V/μs，而且無(wú)需阻尼電路。這個(gè)抗擾性指標(biāo)是不帶阻尼電容的靈敏型SCR的100倍，是非靈敏SCR的3～5倍。在70W的開(kāi)關(guān)電源中用STIL02-P5作限流元件，與傳統(tǒng)浪涌電流限制元件相比，可使系統(tǒng)效率提高1.5%～2%，而且體積較小，響應(yīng)速度快，抗擾性能好，可靠性高。

除STIL02-P5之外，ST公司還推出STIL04等器件。其中，STIL04的導(dǎo)通態(tài)平均電流為4A。