基于新型器件STIL的浪涌电流限制电路（ICLC）设计
基于新型器件stil的浪涌电流限制电路（iclc）设计
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
0 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。 图1 stil的内部结构及其应用连接 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stil-02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（vdout/vrout）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）。
图2 浪涌电流限制器stil02－p5在85wpfc升压变换器中的应用电路 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 ipeak=?（4） 式中：(ipt1(max)＋ipt2(max))=20ma； 85v为最低ac线路电压峰值。 将相关数据代入式（4），得c1=c2=210nf。考虑到±20％的离差，可选择c1=c2=330nf。 3）计算电阻r3的数值 pfc升压变换器在临界模式下操作，开关频率不是固定的，而是变化的。r3的阻值选择应保证在最高开关频率（350khz）时充分充电，所以，r3的电阻值应尽量小一些。在ac线路电压过零附近，开关频率最高。r3的选择可由式（5）确定，即 r3<=?（5） 将c1=330nf和fs(max)=350khz代入式（5）得r3=0.29ω，选择r3=0.33ω的标准电阻。 4）r1和r2的选择 r1和r2用作平衡stil02两个单向开关的引导控制电流。r1和r2不应超过式（6）确定数值，即 r1=r2≤（6） 将已知数据代入式（6）得r1=r2=854ω，选择r1=r2=820ω。 5）电容器c3的选择 当pfc电路在ac线路电压接近零时大约1ms的时间内不工作时，要求c3仍能为stil02提供足够的能量，则c3应不低于式（7）确定的容值，即 c3≥（7） 式中：死区时间tdead=1ms。 根据式（7）计算的结果，c3≥8.2μf。 当ac线路电压过低持续时间tbrownout结束之前，为激活浪涌电流限制功能，stil02中的开关应当断开。这就要求c3容值应不超过式（8）确定的数值，即 c3≤（8） 通常选择tbrownout=20ns。由于r1=820ω，c1=220nf，因此c3≤16μf。 根据式（7）和式（8）计算的结果，可以选择c3=10μf，便可以满足tdead和tbrownout两个条件。 6）二极管d1和d2的选择 二极管d1和d2通过的电流都较小，所施加的反向电压也不高，选择ba149足可以满足要求。 3 结语 基于半可控整流桥（hcrb）拓扑结构的stil器件，与ntc热敏元件等组成浪涌电流限制电路（iclc）具有诸多优点。事实上，stil中的单向开关，是采用专门asdtm工艺集成的高性能scr，在其控制极电流（igt）、dv/dt和反向漏电流（ik）三个参数之间实现了较理想的折衷。这种单向开关的反向功耗是传统hcrb电路中使用的分立非灵敏scr（触发电流为几个ma）反向功耗（约900mw）的1/100，抗瞬态电压冲击能力（dv/dt）比灵敏scr（触发电流为几十μa，dv/dt仅约10v/μs）高50～100倍。与独立使用ntc热敏电阻比较，功率损耗大大地降低。当stil用于80w变换器时，效率比单独使用ntc热敏电阻约提高1.5％。
在大多数公司中，多达20%的工作可能是基于AI的工作
墨菲定律和设计“非数据手册”的风险
模数A/D转换器的基本原理与转换过程解析
5G商用已进入倒计时拥抱5G你是否已经做好准备
外媒曝骁龙8150结构与麒麟980类似
基于新型器件STIL的浪涌电流限制电路（ICLC）设计
AMD Turion 64处理器
据说俄罗斯运营商决定使用本国5G设备
华为P50 Pro将成为第一款正式搭载鸿蒙OS操作系统的手机
2019年4月国内智能机市场发布5款AMOLED智能机
对于核酸系统架构的一些思考
24V转12V转换器电路图讲解
联芯科技LC1810样机亮相北京通信展
华为发布“2020战略”，IoT将达10亿台
微波射频系列图书（书评)
意大利Novasis气体传感器的原理说明
阿里自研交换机实现多平面可扩展的新一代网络架构
气体检测仪使用注意事项，需要注意哪些问题
采用四块8脚IC构建的回声室电路
基于WT588F02B-8S语音芯片的智能插座测试仪应用解决设计方案
0 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。 图1 stil的内部结构及其应用连接 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stil-02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（vdout/vrout）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）。
图2 浪涌电流限制器stil02－p5在85wpfc升压变换器中的应用电路 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 ipeak=?（4） 式中：(ipt1(max)＋ipt2(max))=20ma； 85v为最低ac线路电压峰值。 将相关数据代入式（4），得c1=c2=210nf。考虑到±20％的离差，可选择c1=c2=330nf。 3）计算电阻r3的数值 pfc升压变换器在临界模式下操作，开关频率不是固定的，而是变化的。r3的阻值选择应保证在最高开关频率（350khz）时充分充电，所以，r3的电阻值应尽量小一些。在ac线路电压过零附近，开关频率最高。r3的选择可由式（5）确定，即 r3<=?（5） 将c1=330nf和fs(max)=350khz代入式（5）得r3=0.29ω，选择r3=0.33ω的标准电阻。 4）r1和r2的选择 r1和r2用作平衡stil02两个单向开关的引导控制电流。r1和r2不应超过式（6）确定数值，即 r1=r2≤（6） 将已知数据代入式（6）得r1=r2=854ω，选择r1=r2=820ω。 5）电容器c3的选择 当pfc电路在ac线路电压接近零时大约1ms的时间内不工作时，要求c3仍能为stil02提供足够的能量，则c3应不低于式（7）确定的容值，即 c3≥（7） 式中：死区时间tdead=1ms。 根据式（7）计算的结果，c3≥8.2μf。 当ac线路电压过低持续时间tbrownout结束之前，为激活浪涌电流限制功能，stil02中的开关应当断开。这就要求c3容值应不超过式（8）确定的数值，即 c3≤（8） 通常选择tbrownout=20ns。由于r1=820ω，c1=220nf，因此c3≤16μf。 根据式（7）和式（8）计算的结果，可以选择c3=10μf，便可以满足tdead和tbrownout两个条件。 6）二极管d1和d2的选择 二极管d1和d2通过的电流都较小，所施加的反向电压也不高，选择ba149足可以满足要求。 3 结语 基于半可控整流桥（hcrb）拓扑结构的stil器件，与ntc热敏元件等组成浪涌电流限制电路（iclc）具有诸多优点。事实上，stil中的单向开关，是采用专门asdtm工艺集成的高性能scr，在其控制极电流（igt）、dv/dt和反向漏电流（ik）三个参数之间实现了较理想的折衷。这种单向开关的反向功耗是传统hcrb电路中使用的分立非灵敏scr（触发电流为几个ma）反向功耗（约900mw）的1/100，抗瞬态电压冲击能力（dv/dt）比灵敏scr（触发电流为几十μa，dv/dt仅约10v/μs）高50～100倍。与独立使用ntc热敏电阻比较，功率损耗大大地降低。当stil用于80w变换器时，效率比单独使用ntc热敏电阻约提高1.5％。
在大多数公司中，多达20%的工作可能是基于AI的工作
墨菲定律和设计“非数据手册”的风险
模数A/D转换器的基本原理与转换过程解析
5G商用已进入倒计时拥抱5G你是否已经做好准备
外媒曝骁龙8150结构与麒麟980类似
基于新型器件STIL的浪涌电流限制电路（ICLC）设计
AMD Turion 64处理器
据说俄罗斯运营商决定使用本国5G设备
华为P50 Pro将成为第一款正式搭载鸿蒙OS操作系统的手机
2019年4月国内智能机市场发布5款AMOLED智能机
对于核酸系统架构的一些思考
24V转12V转换器电路图讲解
联芯科技LC1810样机亮相北京通信展
华为发布“2020战略”，IoT将达10亿台
微波射频系列图书（书评)
意大利Novasis气体传感器的原理说明
阿里自研交换机实现多平面可扩展的新一代网络架构
气体检测仪使用注意事项，需要注意哪些问题
采用四块8脚IC构建的回声室电路
基于WT588F02B-8S语音芯片的智能插座测试仪应用解决设计方案