新型浪涌電流限制器ＳＴＩＬ０２－Ｐ５

毛興武　黃家嵐

在脫機(離線式)AC-DC電源啟動期間，由于經(jīng)整流的AC電流對大容量的電容器充電，會產(chǎn)生一個浪涌電流。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，會燒毀輸入線路上的保險絲或迫使交流電源配置的斷路器斷開。

傳統(tǒng)浪涌電流限制器

為限制浪涌電流強度，通常所采取的最簡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)中應用，主要缺點是體積較大，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)啟動后進入正常操作時的阻值急劇降低，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)中用作啟動時的限流元件。在熱啟動(即NTC熱敏電阻溫度較高)時或電路板上環(huán)境溫度達到60℃以上再啟動時，NTC熱敏電阻對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)、三端雙向可控硅開關元件(TRIAC)或繼電器，如圖2所示。在系統(tǒng)啟動期間，浪涌電流由NTC熱敏電阻限制。當系統(tǒng)進入正常操作時，啟動控制電路觸發(fā)SCR或TRIAC，或使繼電器吸合，將NTC熱敏電阻短路。但是，SCR和TRIAC的導通損耗相對也較大，繼電器接通電阻雖然非常小，但體積過大，而且響應速度也較差。

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。在啟動期間，浪涌電流通過二極管VD1、VD2和RT，被RT限制。在系統(tǒng)進入正常操作期間，AC輸入電流通過兩個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。但應考慮功率損耗與抗瞬態(tài)電壓(dv/dt)之間的關系。

在電源變換器啟動期間，在前端會出現(xiàn)一些振蕩，產(chǎn)生dv/dt直達近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)電流達幾個毫安)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100V/μs。若選用非靈敏SCR，雖然其抗擾性能較好,dv/dv可達200V/μs(在附加阻尼電路后可達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)置兩個非靈敏單向開關及其控制驅動器，如圖4所示。

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

STIL02-P5的主要技術性能指標如下：重復正向和反向截止電壓VDout/VRout為700V，輸出端平均導通態(tài)電流為2A，不重復浪涌峰值導通態(tài)電流ITSM達65A(正弦波，tp=10ms)，動態(tài)電壓上升速率dv/dt≥500V/μs，驅動器觸發(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，每只開關門限電壓Vt0為0.7V，動態(tài)電阻Rd=70mΩ，正向壓降是0.9V，器件工作結溫Tj=0～150℃。

STIL02-P5在開關電源中的應用電路如圖5所示。其工作原理與HCRB電路相同。在系統(tǒng)啟動期間，橋式整流器整流電流通過RT對電容C1充電，浪涌電流被RT限制。在系統(tǒng)啟動之后進入正常操作期間，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，驅使內(nèi)部兩個單向開關(S1與S2)接通，將二極管VD1、VD2和RT短路，由兩個開關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，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1000V/μs，而且無需阻尼電路。這個抗擾性指標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的開關電源中用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的導通態(tài)平均電流為4A。