基于新型器件STIL的浪涌电流限制电路(ICLC)设计
发布时间:2007/8/28 0:00:00 访问次数:425
作者：毛兴武
摘要：介绍了离线电源变换器新型浪涌电流限制器STIL的基本结构和工作原理，给出了在PFC升压变换器中的应用电路及电源前端元件和STIL驱动器电路的设计方法。
关键词：浪涌电流限制器；驱动电路；设计
引言
在AC/DC电源变换器启动期间，由于大容量电容器充电，会产生一个比系统正常工作电流高几倍乃至50倍的浪涌电流。如果对浪涌电流不加以限制，在主电源上会产生一个较大的电压降落，影响连接在同一电源网络中设备的工作，并会烧毁输入线路上的保险丝。
为了限制浪涌电流强度，传统的解决方案主要有两种：一种是在较低功率的电源系统桥式整流器之前，串接单独的阻抗元件，如浪涌限制电阻或NTC热敏电阻；另一种是使用SCR、Triac和继电器等通路元件或半可控整流桥（HCRB），当变换器启动时电容器一被充电，通过通路元件去短路串联阻抗元件，以减小功率损耗。不论是采用哪一种方法，都有其缺点，或者是尺寸较大，或者是功率损耗较大，或者是响应速度较慢，或者是抗干扰能力较差。
意法半导体（ST）公司基于ICRB拓扑结构并采用ASDTM专门工艺制造的STIL系列器件，是一种新型的浪涌电流限制器，具有低功耗、抗扰性强和可靠性高等优点。
1 STIL的基本结构、工作原理和主要电气特性
浪涌电流限制器STIL是基于HCRB制作的，内部结构主要包括两个非敏感单向功率开关及其驱动器电路，与桥式整流器并联使用。图1示出了STIL的基本结构及其在电源变换器应用中的连接。
在系统启动期间，STIL中的两个单向开关是断开的。浪涌电流通过二极管桥式整流和浪涌电阻Ri（通常为NTC热敏元件）。随着主电源变换器导通，与电源变压器（或PFC变换器件升压电感器）耦合在一起的辅助电源被启动，为STIL中的两个开关提供足够的能量使其接通。在正常状态下，桥式整流器中只有2只二极管和两个单向开关去整流AC线路电流。
STIL主要包含STIL02和STIL04两种型号，其通态输出电流Iout(AV)分别为2A和4A（当结温Tj=150℃时），两种器件断态正向/反向电压均为700V，动态电压上升率dv/dt>500V/μs，驱动器触发电流最大值Ipt(max)=10mA，触发电压VD(pt)典型值为0.85V，开关门限直接电压Vto=0.7V（典型值），动态直接电阻Rd=70mΩ（典型值），正向压降VF典型值为0.9V，总反向漏电流Ik<300μA。
2 应用电路与设计
2.1 在PFC预变换器中的应用电路
STIL在以L6561作为功率因数控制器的功率因数校正（PFC）预变换器中的应用电路如图2所示。其中，STIL、NTC（热敏电阻）、PFC升压电感器（L1）的附加绕组N2、二极管D1与D2、电容C1和C2及C3、电阻R1与R2等，组成PFC升压变换器的浪涌电流限制电路（ICLC）。
在系统启动期间，STIL中的两个单向开关是断开的，浪涌电流通过二极管桥式整流、NTC（R4）和二极管D3对PFC输出电容C7充电（跟随桥式整流器的小电容C6仅用作高频旁路，不影响浪涌电流）。一旦PFC预变换器导通，与主电感器L1耦合在一起的辅助电源为STIL中的两个功率开关提供需要的能量使其接通，AC线路电流经STIL和桥式整流底部的2只二极管整流，R4中不再有电流通过，故减小了其功率损耗，有利于提高系统效率。一旦AC线路输入中断，PFC变换器和STIL的辅助电源截止，电容C7放电，STIL的两个开关断开。当AC线路恢复时，两个开关仍然断开，浪涌电流对C7重新充电，并被R4限制。当C7充电结束PFC电路进入正常运行时，STIL中的两个开关接通。
2.2 设计方法
假设PFC升压变换器的主要技术规格为：
最大输出功率Pout(max)=85W；
DC稳压输出电压Vout=400V；
最低AC线路输入电压Vin(min)=85V；
最高AC线路输入电压Vin(max)=264V；
系统效率η=0.8；
峰值浪涌电流Ipeak30A；
最大开关频率fs(max)=350kHz；
升压电感器L1电感值L=850μH。
根据这些技术参数和STIL的电气性能，可以对功率元器件和STIL驱动电路元件进行选择。
2.2.1 功率元器件的选择
1）NTC热敏电阻（R4）
R4在系统启动期间用以限制浪涌电流，在稳态下被STIL短路。R4可用式（1）计算，即
作者：毛兴武
摘要：介绍了离线电源变换器新型浪涌电流限制器STIL的基本结构和工作原理，给出了在PFC升压变换器中的应用电路及电源前端元件和STIL驱动器电路的设计方法。
关键词：浪涌电流限制器；驱动电路；设计
引言
在AC/DC电源变换器启动期间，由于大容量电容器充电，会产生一个比系统正常工作电流高几倍乃至50倍的浪涌电流。如果对浪涌电流不加以限制，在主电源上会产生一个较大的电压降落，影响连接在同一电源网络中设备的工作，并会烧毁输入线路上的保险丝。
为了限制浪涌电流强度，传统的解决方案主要有两种：一种是在较低功率的电源系统桥式整流器之前，串接单独的阻抗元件，如浪涌限制电阻或NTC热敏电阻；另一种是使用SCR、Triac和继电器等通路元件或半可控整流桥（HCRB），当变换器启动时电容器一被充电，通过通路元件去短路串联阻抗元件，以减小功率损耗。不论是采用哪一种方法，都有其缺点，或者是尺寸较大，或者是功率损耗较大，或者是响应速度较慢，或者是抗干扰能力较差。
意法半导体（ST）公司基于ICRB拓扑结构并采用ASDTM专门工艺制造的STIL系列器件，是一种新型的浪涌电流限制器，具有低功耗、抗扰性强和可靠性高等优点。
1 STIL的基本结构、工作原理和主要电气特性
浪涌电流限制器STIL是基于HCRB制作的，内部结构主要包括两个非敏感单向功率开关及其驱动器电路，与桥式整流器并联使用。图1示出了STIL的基本结构及其在电源变换器应用中的连接。
在系统启动期间，STIL中的两个单向开关是断开的。浪涌电流通过二极管桥式整流和浪涌电阻Ri（通常为NTC热敏元件）。随着主电源变换器导通，与电源变压器（或PFC变换器件升压电感器）耦合在一起的辅助电源被启动，为STIL中的两个开关提供足够的能量使其接通。在正常状态下，桥式整流器中只有2只二极管和两个单向开关去整流AC线路电流。
STIL主要包含STIL02和STIL04两种型号，其通态输出电流Iout(AV)分别为2A和4A（当结温Tj=150℃时），两种器件断态正向/反向电压均为700V，动态电压上升率dv/dt>500V/μs，驱动器触发电流最大值Ipt(max)=10mA，触发电压VD(pt)典型值为0.85V，开关门限直接电压Vto=0.7V（典型值），动态直接电阻Rd=70mΩ（典型值），正向压降VF典型值为0.9V，总反向漏电流Ik<300μA。
2 应用电路与设计
2.1 在PFC预变换器中的应用电路
STIL在以L6561作为功率因数控制器的功率因数校正（PFC）预变换器中的应用电路如图2所示。其中，STIL、NTC（热敏电阻）、PFC升压电感器（L1）的附加绕组N2、二极管D1与D2、电容C1和C2及C3、电阻R1与R2等，组成PFC升压变换器的浪涌电流限制电路（ICLC）。
在系统启动期间，STIL中的两个单向开关是断开的，浪涌电流通过二极管桥式整流、NTC（R4）和二极管D3对PFC输出电容C7充电（跟随桥式整流器的小电容C6仅用作高频旁路，不影响浪涌电流）。一旦PFC预变换器导通，与主电感器L1耦合在一起的辅助电源为STIL中的两个功率开关提供需要的能量使其接通，AC线路电流经STIL和桥式整流底部的2只二极管整流，R4中不再有电流通过，故减小了其功率损耗，有利于提高系统效率。一旦AC线路输入中断，PFC变换器和STIL的辅助电源截止，电容C7放电，STIL的两个开关断开。当AC线路恢复时，两个开关仍然断开，浪涌电流对C7重新充电，并被R4限制。当C7充电结束PFC电路进入正常运行时，STIL中的两个开关接通。
2.2 设计方法
假设PFC升压变换器的主要技术规格为：
最大输出功率Pout(max)=85W；
DC稳压输出电压Vout=400V；
最低AC线路输入电压Vin(min)=85V；
最高AC线路输入电压Vin(max)=264V；
系统效率η=0.8；
峰值浪涌电流Ipeak30A；
最大开关频率fs(max)=350kHz；
升压电感器L1电感值L=850μH。
根据这些技术参数和STIL的电气性能，可以对功率元器件和STIL驱动电路元件进行选择。
2.2.1 功率元器件的选择
1）NTC热敏电阻（R4）
R4在系统启动期间用以限制浪涌电流，在稳态下被STIL短路。R4可用式（1）计算，即
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