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電源適配器SCR諧振拓撲概述

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電源適配器SCR諧振拓撲概述

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1000w的電源適配器上。在大功率變換器中，SCR的一個顯著特點是它不會因為次級損壞而損壞，而這恰恰是晶體管最常見的失效模式。
SCR相當于一種固態(tài)開關(guān)，很容易被施加于門極的窄脈沖觸發(fā)導(dǎo)通，并且脈沖消失后仍能維持導(dǎo)通。一旦開通，就需要在某個時間點關(guān)斷；但這并非易事，因為僅僅控制門極無法將其關(guān)斷?，F(xiàn)有文獻中提到很多用來關(guān)斷SCR（“轉(zhuǎn)換”其狀態(tài)）的電路。本質(zhì)上，這些電路都是通過在一段很短的時間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現(xiàn)關(guān)斷的。下面將討論SCR的關(guān)斷。
補充：需要一個類似于SCR且可以通過門極關(guān)斷（GTO）的門極控制開關(guān)，能通過門極控制其開通和關(guān)斷，并維持其正確的工作狀態(tài)。
早期的DC／AC或DC／ DC SCR電源適配器在開關(guān)頻率大于8~10kHz時不能可靠工作。因為即使是開關(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，其輸出端才能達到可靠的高阻抗開路狀態(tài)，陽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dd大于該值時，SCR將不再受關(guān)斷信號控制而再次導(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d／d大于該值時，芯片的平均結(jié)溫將上升，局部熱1點將擴大，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，因而在許多場合中DC／AC或DC／DC變換器的體積過大。而且，10kHz以下的開關(guān)頻率處于人類聽覺頻率范圍之內(nèi)，因而變換器工作時會發(fā)出嚴重噪聲，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，開關(guān)頻率必須大于聽覺頻率范圍的最大值（約為20kHz）。
大約在1977年，RCA公司研制出了不對稱可控硅整流器（ASCR），解決了上述大多數(shù)問題，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到兩個二極管壓降的水平（至多為2V），因此沒必要具備很大的反向阻斷能力。RCA公司對SCR芯片進行改進，使其關(guān)斷時間（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間）下降到4μs。這樣做的代價是，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。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時僅用兩個ASCR就能輸出400W的功率。
在最初幾年里，S7310的市場價格為5美元，當時沒有其他使用晶體管的電路能夠僅用兩個開關(guān)器件（總共10美元）就使輸出功率達到4000wW。當RCA公司不再生產(chǎn)S7310時，其他廠家就開始生產(chǎn)類似的不對稱SCR。其中，與S7310非常相似的是 Marconi公司生產(chǎn)的ACR25U，其阻斷時間，為4us，阻斷電壓為1200V，有效額定電流為40A。

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| 發(fā)布時間：2019.01.23    來源：電源適配器廠家
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