微波EDA网,见证研发工程师的成长!
首页 > 硬件设计 > 电源设计 > 静电感应晶闸管在电源电路中的应用研究

静电感应晶闸管在电源电路中的应用研究

时间:10-22 来源:互联网 点击:
1 引言

在先前发表的“静电感应晶闸管(SITH)的应用研究”一文中,我们对国产SITH器件的基本特性作了研究,并研制了四种驱动电路。在这四种电路驱动下,SITH器件取得了0.2 ms以下的开关速度。现进一步将驱动电路及SITH器件一起扩展成实际的开关电源应用电路,经测试,得到了比较先进的性能指标。这样,对SITH器件的应用研究就更加全面,使得对它的推广应用打下扎实的基础。

2 电路研究

2.1 应用电路(一)

该应用电路是一个开关电源,是鉴于以下几点考虑而设计的:(1)针对电机调速、温度控制等大功率应用方向,确定是AC-DC变换,这里AC 专指交流50周单相电压220V工频电网;(2)该电源输入必须是高功率因数0.95以上,还必须是低噪扰,符合或优于国家标准;(3)该电源效率要求在90%以上;(4)能体现SITH管的优势,避开其弱点。

这里采用了BOOST变换程式(图1)。图中 R1:1kΩ;R2:20Ω;R3:10kΩ;R 4:5kΩ;R5:5kΩ;R6:800kΩ;R7:10k Ω;R8:20kΩ;R9:1MΩ;R10:0.2 Ω;R11:50kΩ;R12:10kΩ;C1:0.01mf;C2:200pf; C3:0.1mf;C4:50mf;C5:100mf/400V; C6:2mf/~250V;C7:2000pf;D1:12V/0.5W稳压二极管;D2: 3A快恢二极管HER308; D3、D6:2A/400V整流桥;Q1、Q3:npn三极管8050;Q2:pnp三极管8550;Q4:VDMOS 10A/30V;L1:2mH/ 1A高频电感;L2:2mH/ 1A高频电感;IC:UC3852。

UC3852的详细工作原理请参阅Texas In stru ments公司有关资料。要着重指出的是, UC3852是一种专门用来提高输入功率因数的开关电源控制芯片,它的基本原理是在远高于50周的频率下工作, 控制开关管以一个恒定的时间Ton导通,导通时电感L2承受全部交流输入电压Vin 。在Ton结束时, 电感电流,也就是输入电流I in=(Vin /L2)×Ton ,因此Iin与Vin成正比。接着,UC3852使开关管关闭, L2向负载端放电,Iin呈线性衰减, 当UC3852检测到Iin衰减到零时,又控制开关管导通,进入下一个Ton,见图2。

图中, 上部是UC3852的驱动波形, 高电平是驱动开关管导通,高电平的时间Ton 是恒定的;下部是输入电压Vin和输入电流 Iin的波形。在Ton时段内,Iin线性上升, 上升的速率与当时的Vin值成正比, 由于每次都是从零开始, 因此Iin的峰值也与Vin 成正比。实际上,UC3852的工作频率要比图中表示的高得多,约25kHz。因此可认为在每个三角形区段Vin恒定, 则Iin的平均值也正比于V in,经过L1、C6低通滤波后,输入电流波形与输入电压一致, 则功率因数必然很高。这就是UC3852的简单工作原理。

图1的电路参数构成一个输出为100W的电路, SITH管为主开关,采用驱动电路(一)的方案,由Q1、Q2、Q3和Q4组成SITH管的驱动电路; L2是BOOST电感;C5是输出滤波电容;R 6、R7、R8、R9和C3组成反馈电路, 供UC3852采用, 控制输出电压稳定;R12和C7是UC3852工作频率的定时电路, 这里定在25kHz左右;L1和C6是低通滤波器, 阻止Iin中的高频成分传回电网;R 10是电流采样电阻, 向UC3852提供Iin的波形。


从图2的波形上可以看出, 这是一种电流非连续方式, 它的好处是开关管总是从零电流开始导通,最终达到二倍的平均电流, 从而使SITH管避开了导通慢的弱点, 又发扬了其大电流性能好的优点。它又使二极管D2在正向电流到零后再承受反压, 避开了反向恢复损耗的问题。D2的作用是阻止输出电容 C5向L2和SITH管放电, 它正向流过的就是负载电流, 而反向承受的是400V电压。测试中D2使用中速的快恢二极管, 温升很低。 输出电压取400V是电路工作要求的(参阅Texas In stru ments 公司有关资料),因而不能降低。 SITH管在关断时也承受400V的反压, 对它来说余量较大,也是优势所在。


测得其主要指标如下:输入电压:AC220V 50Hz;输入电流:0.58A;输入功率:111W;功率因数:0.95;输出电压:DC410V, 纹波峰峰值:Vpp=20V;输出负载电阻:1610Ω;输出功率:104W; 效率:0.94。由此看来,SITH器件及其驱动电路满足了要求,结果是令人满意的。

然而,SITH管在工作时大约有3.5W左右的管耗,是电路中唯一有明显温升的器件。电路中使用的SITH管是TO-220封装,最初加上50mm× 60mm散热片,开机5分钟内表面温升达50℃, 输入功率增加了3W。 后来, 改用带有风扇的CPU散热器, 风扇功率1W, 开机15分钟后,表面温升仍不迢过5℃, 输入功率始终在111W左右。由此可以认为, SITH管与其它电力器件一样,开关损耗随温度升高而增加。若散热不好,会形成恶性循环。频繁的高温差变化还会使焊锡过早脆化, 使焊接质量变坏。因此良好散热是保证可靠性、保证高效率的最有效最重要的手段。由于SITH管具有较强的过流能力, 因此在良好散热下, 不必采用“降容量使用”的传统方法, 可以选用电流额定值与工作额定值相当的器件, 以降低成本又不影响可靠性。

Copyright © 2017-2020 微波EDA网 版权所有

网站地图

Top