基于新型器件STIL的浪涌电流限制电路设计

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

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    P_out(max)=85W；

    DC稳压输出电压    V_out=400V；

    最低AC线路输入电压    V_in(min)=85V；

    最高AC线路输入电压    V_in(max)=264V；

    系统效率    η=0.8；

    峰值浪涌电流    I_peak<=30A；

    最大开关频率        f_s(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

    R₄=（1）

    对于220V的AC额定输入电压，由于I_peak=30A，则R₄=10Ω。

    2）STIL器件

    由于PFC升压变换器能在AC线路输入端产生一个正弦波电流，故最大输出平均电流可由式（2）确定，即

    I_out(AV)(max)=（2）

    将P_out(max)=85W，η=0.8和_{Vin(RMS)(min)}=85V代入式（2），得I_out(AV)(max)=0.91A。由于STIL02的平均输出电流为2A，故可选用STIL02作为浪涌电流限制器。

    3）桥式整流二极管

    PFC进入稳压工作后，桥式整流器中只有底部的2只二极管工作。通过二极管的最大平均电流与流过STIL02的最大输出电流（0.91A）相同。整流二极管的平均电流必须高于I_out(AV)(max)，考虑到留有足够的余量，可选用正向电流为4A的整流二极管。

    PFC升压变换器必须符合IEC61000-4-5电磁兼容（EMC）标准。当在AC线路输入电压上施加一个2kV的浪涌瞬时电压时，施加到桥式二极管上的快速瞬态过电压（FTO）达694V。因此，整流二极管的重复峰值反向电压应当高于该数值，可选择800V。

    4）输入保险丝（Fu）

    在稳压条件下，通过保险丝的最大电流发生于最低AC线路电压下。其数值为：I=(P_out(max)/η)/V_in(RMS)(min)=(85W/0.8)/85V=1.25A。仅在电流过载期间，保险丝才会熔断。在浪涌期间，所承受的电流由标准（300A/8/20μs）确定。则选择保险丝的额定电流可为6.3A。