学技术 | 使用SCR设计的浪涌电流抑制电路

 

提高功率密度和可靠性是电源设计的趋势，使用半导体器件替代机械部件是最简便的方法。

 

在AC-DC电源启动瞬间，由于大容量电解电容的充电效应，会产生非常高的电流尖峰，该浪涌电流在线路上引起的压降，可能影响连接到同一电网的其他设备的运行。浪涌会触发或损坏元器件，如断路器、保险丝、电容或桥式整流器。为了保证电气装置的安全性和功率转换器的可靠性，必要限制此浪涌电流。

 

ST 提供了一种设计方案，可参考STEVAL-SCR002V1评估板，设计了一个简单的AC-DC前端电路，由桥式整流器和可控硅（SCR）组成。使该设计非常紧凑。可以很容易地用于PFC或反激电源，DEMO board 可以方便的连接在现有的PCBA上进行测试，方案使用ST高温版本SCR TN1605H-6T ，取代继电器。

 

 

方案优点：

• 两个 TN1605H-6T 16 A - 600 V 高节温 TO-220 封装 SCR, 用于旁路NTC 限流电阻。

• 紧凑的设计: 43.6 x 28.5 mm 

• 兼容所有模式下带或不带PFC的AC-DC转换器：CCM、CRM和DCM。

• 开启信号电压范围宽 (EN = 3.3 V to 15 V) 。

• 适用于50 W至1000 W（230 VRMS，TAMB=60°C）的应用。

• 符合交流或直流输入电压：90-265 VAC、50/60 Hz或120-400 VDC。

• 稳定性和抗干扰能力强(2 kV IEC 61000-4-5, 4 kV IEC 61000-4-4)。

• 低EMI (EN55014 and EN55022) 。

 

<1>电源启动瞬间：EN脚为低电平，X1，X2，D1，D2，Q1，组成的的单元电路处于关闭状态，AC 交流电流都需要流经限流电阻NTC1。

 

<1>稳定状态：当大容量电容器充电结束后，EN使能信号（例如，5V DC或PWM 10 kHzα=10%）被施加到Q1三端双向可控硅（Z0110MN）的栅极，Q1导通根据交流线路极性，SCR栅极电流流经D1和D2；X1或X2（TN1605H-6T ）根据交流线路极性交替自动开启和关闭。在标准运行模式下，整流桥的两个顶部二极管（D3和D4）和两个SCR（X1和X2）对交流线路进行整流，同时，NTC电阻器被旁路。

 

使用SCR旁路拓扑的一个问题是两个SCR反向偏置时的功率损耗。在稳定状态期间，在每个主电源周期，一个SCR关闭并对交流线路电流进行整流，另一个SCR反向偏置并截止，为不导电SCR的栅极供电会导致高漏电流，带来反向功率损失。

 

评估板的解决方案是低侧旁路拓扑：TN1605H-6T SCR门驱动器由Z0110MN和STTH110A串联连接到SCR门实现，该解决方案允许仅控制正偏置的SCR而不感测AC线信号的极性。由于SCR的开通特性，D1和D2自动将栅极电流切换到正偏置SCR，这解释了为什么不需要极性检测也不会发生反向导通。

 

Layout 参考：