一种控制启动电流的全新电路结构和器件

一种控制启动电流的全新电路结构和器件
摘要：控制启动电流最常见的两种解决方案：一种是在整流器上串入一个阻抗，另外一种方案是将阻抗与一个硅通路元件或者机电继电器并联，再与整流器串连。本文提出了采用先进的ASD工艺而制作的全新电路结构和器件，并介绍了基于这一新工艺的新的电路结构及优点。

AC/DC电源启动时，将产生一个高达系统标称电流50倍的启动电流对输入电容充电。该启动电流会导致主电源上电压降的产生，从而影响连接到同一个电源网络上的其它设备的正常工作，甚至熔断输入线路熔丝。

离线电源的前端如图1所示，由一个桥式整流器和一个大容量滤波电容组成。启动时对大容量滤波电容的充电会在输入端产生一个通常称之为启动电流的浪涌电流。如果不限制这一启动电流，那么输入熔丝就可能熔断或者可能触发电路保护断路器。在这里介绍一种可控硅整流桥，也称为BSCR的新结构，以及采用先进的ASD技术制作的一种相关的器件。

BSCR结构
图2显示了一个BSCR电路，SCR与整流桥中的整流二极管以及限流电阻器之间的连接如图中所示。启动时电流会流经整流桥上面的两个二极管D1和D2，并受到启动电阻Rinrush的限制。
大容量电容器被充电时，会产生一个类似附属电源耦合到PFC升压电感器上，打开并为SCR1和SCR2提供栅极驱动电流。如图2所示，它也包括一个PFC变换器，然而没有PFC变换器BSCR电路也能工作，在这种情况下，附属电源会与主变换器耦合。
在标称工作情况下，SCR会旁路整流桥上面的两个二极管D1、D2和启动电阻Rinrush，而且AC输入电流会通过SCR以及整流桥下面的两个二极管D3和D4进行整流。同使用双向可控硅的串连结构或者单个SCR同整流桥串连的结构进行比较，BSCR电路的损耗通过传统二极管桥中的两个二极管的等效损耗降低了。 
 
提高SCR可靠性能
要满足需要的性能，选择适合特定应用的SCR非常重要。SCR分成两大系列：敏感栅SCR以及标准器件。敏感栅SCR的最小栅极触发电流大约为几十微安，而标准SCR的栅极触发电流则达到了几毫安的范围。然而栅极敏感度的提高也会带来损失，即降低了抗dv/dt变化的能力。SCR以及双向可控硅非常容易地为加到端口上高的dv/dt所触发，并通过器件上的寄生电容将电荷耦合到栅极上。敏感栅SCR可以经受阳极阴极之间大约10V/us的dv/dt变化，而标准SCR则可以经受更高的dv/dt变化，通常高达400V/μs。
为了提高敏感栅SCR的可靠性，可以在栅极和阴极管脚之间增加一个外部电容。该电容可以吸收栅极管脚上dv/dt噪声电压产生的寄生电流，从而避免任何预料之外的触发脉冲的影响。选择SCR的另外一个考虑就是器件反向偏置时的耗损。这种耗损是由反向泄漏电流以及反向偏置泄漏电流组合引起的，损耗大小正比于栅极电流。在BSCR结构中，SCR由图5中的恒定电流触发。在SCR上施加反向电压时，反向偏置泄漏电流I_gt-rev正比于SCR中由阴极流向阳极的栅极电流Igt。该电流加入到正常的反向泄漏电流I_rev中。因此，流过SCR的总的反向电流I_k可由下式计算：
I_k = I_gt-rev + I_rev (1)

不考虑反向电压(V_rev)幅度，并假定总的反向电流是恒定的常量，那么SCR的反向损耗可以由下面的等式给出：P_rev-loss = V_peak