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电源适配器SCR谐振拓扑概述

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电源适配器SCR谐振拓扑概述

可控硅整流器(SCR)在DC/AC逆变器和DC/DC电源适配器中的应用已经超过25年,与双极型晶体管和 MOSFET管相比,其成本更低,电压与电流额定值更高,主要应用在功率超过1000w的电源适配器上。在大功率变换器中,SCR的一个显著特点是它不会因为次级损坏而损坏,而这恰恰是晶体管最常见的失效模式。
SCR相当于一种固态开关,很容易被施加于门极的窄脉冲触发导通,并且脉冲消失后仍能维持导通。一旦开通,就需要在某个时间点关断;但这并非易事,因为仅仅控制门极无法将其关断。现有文献中提到很多用来关断SCR(“转换”其状态)的电路。本质上,这些电路都是通过在一段很短的时间t内将SCR上的导通电流转移到另一条支路上,使其电流下降到零而实现关断的。下面将讨论SCR的关断。
补充:需要一个类似于SCR且可以通过门极关断(GTO)的门极控制开关,能通过门极控制其开通和关断,并维持其正确的工作状态。
早期的DC/AC或DC/ DC SCR电源适配器在开关频率大于8~10kHz时不能可靠工作。因为即使是开关速度最快的逆导型SCR,也必须在被关断且电流已经下降到零的10~20us后,其输出端才能达到可靠的高阻抗开路状态,阳阴极间才能承受高电压。
此外,早期的SCR即使在其输出电流下降到零的10~20s后,其输出端也仍然不能承受较大的dWd。大多数SCR输出端能承受的最大电压变化率为200V/us。当dd大于该值时,SCR将不再受关断信号控制而再次导通。

此外,早期的逆导型SCR在导通瞬间也不能承受太大的电流变化率,大多数SCR可承受的电流变化率范围为100~400/μ8。当d/d大于该值时,芯片的平均结温将上升,局部热1点将扩大,SCR要么立即被损坏,要么性能变差并很快被损坏。
由于工作频率被限制在10kHz以内,变压器、电感和电容的体积仍然较大,因而在许多场合中DC/AC或DC/DC变换器的体积过大。而且,10kHz以下的开关频率处于人类听觉频率范围之内,因而变换器工作时会发出严重噪声,不宜用于办公室甚至工厂中。为使噪声降到可以接受的程度,开关频率必须大于听觉频率范围的最大值(约为20kHz)。
大约在1977年,RCA公司研制出了不对称可控硅整流器(ASCR),解决了上述大多数问题,并使DC/AC和DCDC变换器的工作频率上升到40~50kHz。
传统SCR的输出端能承受的反向电压等于它们的正向阻断电压。但在多数电路中,SCR输出端的反向电压都被钳位在一个到两个二极管压降的水平(至多为2V),因此没必要具备很大的反向阻断能力。RCA公司对SCR芯片进行改进,使其关断时间(4,即从SCR正向电流下降为零到可以承受额定正向电压所需的时间)下降到4μs。这样做的代价是,其反向阻断能力下降到约为7V,但这在大多数逆变电路中已经足够。
下降到4us,RCA公司生产的这种器件(S7310)允许逆变器主电路的工作频率提高到40~50kHz。S7310还具有很多优点。它能承受的dwd和d/d的额定值分别为300ys(带V输入反偏)和2000Bs,而传统的SCR只有200V/us和400As。而且,这种器件可工作在额定电压为80V和额定电流为40A的条件下。这样的电流、电压参数和值,使基于半桥电路的逆变器和DCDC变换器在工作频率为40kHz时仅用两个ASCR就能输出400W的功率。
在最初几年里,S7310的市场价格为5美元,当时没有其他使用晶体管的电路能够仅用两个开关器件(总共10美元)就使输出功率达到4000wW。当RCA公司不再生产S7310时,其他厂家就开始生产类似的不对称SCR。其中,与S7310非常相似的是 Marconi公司生产的ACR25U,其阻断时间,为4us,阻断电压为1200V,有效额定电流为40A。

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| 发布时间:2019.01.23    来源:电源适配器厂家
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