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電源適配器SCR諧振拓?fù)涓攀?/span>

可控硅整流器(SCR)在DC/AC逆變器和DC/DC電源適配器中的應(yīng)用已經(jīng)超過(guò)25年,與雙極型晶體管和 MOSFET管相比,其成本更低,電壓與電流額定值更高,主要應(yīng)用在功率超過(guò)1000w的電源適配器上。在大功率變換器中,SCR的一個(gè)顯著特點(diǎn)是它不會(huì)因?yàn)榇渭?jí)損壞而損壞,而這恰恰是晶體管最常見(jiàn)的失效模式。
SCR相當(dāng)于一種固態(tài)開(kāi)關(guān),很容易被施加于門(mén)極的窄脈沖觸發(fā)導(dǎo)通,并且脈沖消失后仍能維持導(dǎo)通。一旦開(kāi)通,就需要在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)關(guān)斷;但這并非易事,因?yàn)閮H僅控制門(mén)極無(wú)法將其關(guān)斷?,F(xiàn)有文獻(xiàn)中提到很多用來(lái)關(guān)斷SCR(“轉(zhuǎn)換”其狀態(tài))的電路。本質(zhì)上,這些電路都是通過(guò)在一段很短的時(shí)間t內(nèi)將SCR上的導(dǎo)通電流轉(zhuǎn)移到另一條支路上,使其電流下降到零而實(shí)現(xiàn)關(guān)斷的。下面將討論SCR的關(guān)斷。
補(bǔ)充:需要一個(gè)類似于SCR且可以通過(guò)門(mén)極關(guān)斷(GTO)的門(mén)極控制開(kāi)關(guān),能通過(guò)門(mén)極控制其開(kāi)通和關(guān)斷,并維持其正確的工作狀態(tài)。
早期的DC/AC或DC/ DC SCR電源適配器在開(kāi)關(guān)頻率大于8~10kHz時(shí)不能可靠工作。因?yàn)榧词故情_(kāi)關(guān)速度最快的逆導(dǎo)型SCR,也必須在被關(guān)斷且電流已經(jīng)下降到零的10~20us后,其輸出端才能達(dá)到可靠的高阻抗開(kāi)路狀態(tài),陽(yáng)陰極間才能承受高電壓。
此外,早期的SCR即使在其輸出電流下降到零的10~20s后,其輸出端也仍然不能承受較大的dWd。大多數(shù)SCR輸出端能承受的最大電壓變化率為200V/us。當(dāng)dd大于該值時(shí),SCR將不再受關(guān)斷信號(hào)控制而再次導(dǎo)通。

此外,早期的逆導(dǎo)型SCR在導(dǎo)通瞬間也不能承受太大的電流變化率,大多數(shù)SCR可承受的電流變化率范圍為100~400/μ8。當(dāng)d/d大于該值時(shí),芯片的平均結(jié)溫將上升,局部熱1點(diǎn)將擴(kuò)大,SCR要么立即被損壞,要么性能變差并很快被損壞。
由于工作頻率被限制在10kHz以內(nèi),空氣凈化器充電器變壓器、電感和電容的體積仍然較大,因而在許多場(chǎng)合中DC/AC或DC/DC變換器的體積過(guò)大。而且,10kHz以下的開(kāi)關(guān)頻率處于人類聽(tīng)覺(jué)頻率范圍之內(nèi),因而變換器工作時(shí)會(huì)發(fā)出嚴(yán)重噪聲,不宜用于辦公室甚至工廠中。為使噪聲降到可以接受的程度,開(kāi)關(guān)頻率必須大于聽(tīng)覺(jué)頻率范圍的最大值(約為20kHz)。
大約在1977年,RCA公司研制出了不對(duì)稱可控硅整流器(ASCR),解決了上述大多數(shù)問(wèn)題,并使DC/AC和DCDC變換器的工作頻率上升到40~50kHz。
傳統(tǒng)SCR的輸出端能承受的反向電壓等于它們的正向阻斷電壓。但在多數(shù)電路中,SCR輸出端的反向電壓都被鉗位在一個(gè)到兩個(gè)二極管壓降的水平(至多為2V),因此沒(méi)必要具備很大的反向阻斷能力。RCA公司對(duì)SCR芯片進(jìn)行改進(jìn),使其關(guān)斷時(shí)間(4,即從SCR正向電流下降為零到可以承受額定正向電壓所需的時(shí)間)下降到4μs。這樣做的代價(jià)是,其反向阻斷能力下降到約為7V,但這在大多數(shù)逆變電路中已經(jīng)足夠。
下降到4us,RCA公司生產(chǎn)的這種器件(S7310)允許逆變器主電路的工作頻率提高到40~50kHz。S7310還具有很多優(yōu)點(diǎn)。它能承受的dwd和d/d的額定值分別為300ys(帶V輸入反偏)和2000Bs,而傳統(tǒng)的SCR只有200V/us和400As。而且,這種器件可工作在額定電壓為80V和額定電流為40A的條件下。這樣的電流、電壓參數(shù)和值,使基于半橋電路的逆變器和DCDC變換器在工作頻率為40kHz時(shí)僅用兩個(gè)ASCR就能輸出400W的功率。
在最初幾年里,S7310的市場(chǎng)價(jià)格為5美元,當(dāng)時(shí)沒(méi)有其他使用晶體管的電路能夠僅用兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件(總共10美元)就使輸出功率達(dá)到4000wW。當(dāng)RCA公司不再生產(chǎn)S7310時(shí),其他廠家就開(kāi)始生產(chǎn)類似的不對(duì)稱SCR。其中,與S7310非常相似的是 Marconi公司生產(chǎn)的ACR25U,其阻斷時(shí)間,為4us,阻斷電壓為1200V,有效額定電流為40A。

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| 發(fā)布時(shí)間:2019.01.23    來(lái)源:電源適配器廠家
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