大都用到直流充电机转换器或电机变频器的商品设备有必要对市电沟通电压进行整流处理，例如，大大都工业设备（电机转速操控器、充电机、电信体系电源等）和多见的花费电子商品。

传统二极管整流桥是最常用的沟通电压整流充电机充电解决方案。整流桥后面经常会添加一个充电机功率因数操控器，以保证市电电流的波形近似于正弦波。不过，二极管整流桥无法操控涌流。用两个可控硅整流管（SCR）代替两个二极管，新的操控型整流桥能够约束衔接市电时的涌流。

本文提出几个前端拓扑以及一些与混合式整流桥和有用防止过压有关的规划窍门。试验成果证实，4 kV至6 kV浪涌电压耐受规划是很简单完成的，而且本钱也不高。

涌流约束方案（ICL）和待机功耗疑问

二极管整流桥的缺陷是无法操控浪涌电流，这是由于在插入市电插座时，直流充电机充电机输出电容会俄然充电机充电。

浪涌流也许会给体系带来许多疑问，例如，稳妥失效、二极管等元件损坏，一起还会在电网上发生过多的电流应力。假如不对涌流加以约束，启动电流上升速率很快，很简单到达稳态电流的10-20倍，因而，有必要进步充电机线路元器件的参数，使其能够短时刻传输大电流。此外，充电机线路电流俄然进步将会致使电压骤降，电压动摇将会下降其它负载的输入充电机功率。衔接在同一条充电机线路的灯具或显示屏将会忽明忽暗，出现闪耀或闪屏景象。为防止这些有害景象，IEC 61000-3-3电磁规范规则了最大容许电压动摇和最大容许涌流。

为了到达这个规范请求，常用限流办法是选用一个阻值固定的电阻器或一个热敏电阻器 （图1 a中的RLIM）约束电容器涌流。热敏电阻器一般具有负温度系数特性（NTC），因而，热敏电阻在低温即启动时阻抗大，稳态时阻抗小。为了在稳态时操控电阻自身耗费的充电机功率，需求选用低阻值的电阻器。一个更好的充电机充电解决办法是给电阻并联一个开关，构成一个旁路，在稳态时接通开关，电流绕过电阻。

这种旁路开关一般选用机械继电器（图1 a中的S2 ）。这个充电机充电解决方案的缺陷是RLIM电阻一直衔接市电充电机线路，即便使用设备进入待机形式，也照旧给二极管整流桥供电。由于直流充电机电容器（C）依然处于充电机充电状况，所以存在待机充电机功率损耗。为下降充电机功率损耗，有必要给市电充电机线路串联一个开关（图1 a中的S1），该开关在设备进入待机形式时开路，这么就能断开二极管整流桥与充电机线路的衔接。

混合式整流桥是一个更加智能的涌流约束充电机充电解决方案，如图1b所示。利用可控硅整流管（SCR） 的渐进式软启动，向充电机输出电容慢速充电机充电，然后完成对涌流的约束。在充电机线路电压的每半个周期结束时激活可控硅整流管，这时施加到电容器的电压被下降。经过逐步下降可控硅整流管导通延时，延伸可控硅整流管导通时刻，以此进步直流充电机电容器上的施加的电能。

假如给充电机线路串联一个电感器（图1b中的L），这个充电机充电解决方案就会见效。在实践使用中，这个电感器是免费的，由于根据直流充电机桥的使用大都都有开关式电源或电机变频器，不管是哪一种，都需求一个高频开关滤波器。大都EMI滤波器都有一个共模电感器，发生杂散差分式电感。

这个充电机充电解决方案还需求一个辅佐电源，用于在直流充电机充电机输出电容器充电机充电前给微操控器供电，保证可控硅整流管的软启动操作。　

图1： 根据电阻器和继电器的电涌限流充电机电路 （a）和根据混合整流桥的电涌限流充电机电路（b）

因而，这个约束涌流并操控待机损耗全体计划是用两个可控硅整流管代替一个限流电阻器和两个继电器。与机械继电器技能比较，半导体固态继电器成本低价，并克服了机械继电器的下列缺陷：

· 线圈致使的操控电流耗费大

· 机械振动致使的开关开路

· 机械触点发生的声学噪声

· 在易燃环境导致火灾（开关电弧）

· 可靠性低（在高直流充电机电压或电流时的继电器开关操作）

前端维护向浪涌电压过渡

像二极管整流桥相同，混合式整流桥也与市电插座直接相连，如果有浪涌电压，很可能会焚毁整流桥和PFC芯片（例如，图1中的旁通二极管D4）。

依照IEC61000-4-5标准描绘的抗浪涌冲击试验过程，有必要施加不同相角的正负浪涌电压。

在市电峰压时施加正浪涌电压

我们在90°相角施加4KV正浪涌电压，如图2的示意图所示 （无PFC）。为模仿最恶劣的使用环境，我们为L选用一个2 ？H电感，C是一个100 ？F电容。可控硅整流管是两个50A的TN5050H-12WY，而D1、D2和D4二极管（PFC旁通二极管）是STBR6012-Y整流管。

在 90°相角时，T1和D1导通。浪涌进步电流，并致使D4导通，由于PFC电感保持电压。浪涌电流旁通二极管D4，防止焚毁PFC续流二极管（D3）。

图2： 正浪涌电压期间的过流应力（示意图，D4是PFC旁通二极管）

如图2所示，在浪涌期间，T1电流峰值达到1730 A （D1和D4电流也同样达到这个数值）。电流脉宽相当于30 ？s长的半正弦波。这个电流应力数值远远低于STBR6012-Y和 TN5050H-12WY的承受范围。

如果施加的涌流高于可控硅整流管或二极管的电流耐受能力范围，有两种方法可以降低过流（两种方法可一起使用）：

· 提高差分电感的方法虽然有助于降低峰值电流，但也会使过流脉宽小幅提高。

· 在充电机线路输入端加一个充电机电路变阻器，有助于降低充电机电路受到的峰压冲击，同时也会降低过流。

如图2所示所示，浪涌电流将VDC 充电机输出电压提升到650 V。这个电压反向施加到T2（因为当T1导通时，二极管D1也同时导通） 和D2。因此，必须使用至少800 V的器件，TN5050H-12WY和STBR6012-Y是1200 V，电压裕度很高。

如果反向电压超出可控硅整流管或二极管的耐受范围，用一个电容值更大的充电机输出电容或内部寄生效应很低的电容串联一个电阻器，可以更有效地控制浪涌电压。

在市电峰压时施加负浪涌电压

如果施加的负浪涌电压是90°相角，混合式整流桥的工作方式就有点复杂了。

图3所示给出了这种情况的充电机电路通断序列

· A阶段：在浪涌施加前混合式整流桥正常工作，VAC 是正电压，T1和D1导通，充电机线路电流（IL， 绿色虚线）从L流至N，途经T1、D1和充电机输出电容。

· B阶段：施加负浪涌电压，因此VAC 极性变负，这意味着，负电流（红色虚线）将从N流至L。

· C阶段：在VAC 电压变负后，充电机线路电流下降。当IL 电流过零时，D1关断。这意味着，现在整个充电机线路电压被施加到T2 （VT2 红色箭头）。

C阶段必须谨慎处理。实际上，如果电压高于可控硅整流管的击穿电压，器件可能被烧毁。

图3： 90°负浪涌电压测试混合整流桥的工作序列

基于Transil的保护机制

在可控硅整流管的阳极和栅极之间连接一个过压保护器件Transil（图4），可以防止T2在C阶段被烧毁。在C阶段，电压将会上升到Transil的击穿电压（VBR），触发 Transil二极管导通，向可控硅整流管栅极施加电流。然后，可控硅整流管导通。图4描述了这种操作：

· A阶段：在第1点结束，VAC 电压变负。

· B阶段：在第2点结束，充电机线路电流电压过零。

· C阶段：T2在第3点导通，电压高于Transil击穿电压，施加到T2的电压最大值被限制在430 V。然后D2也导通，施加浪涌，给充电机输出电容充电机充电。

· D阶段在第4点后开始。浪涌电流通过T2、D2和D4施加到充电机输出电容。T1和D1关断

图4： 根据TN5050H-12WY可控硅整流管的混合式整流桥90°1 kV负浪涌电压测验

咱们在测验中选用一个1，5KE400CA的Transil二极管。这个二极管可将钳位电压的峰值约束到一个极低的水平（ 430 V），这一点格外主要。在C期间，D1上的负电压绝对值是VT2与VDC之和。假如充电机输出直流充电机电压是325V，则D1上的负电压最大值是755 V（在STBR6012-Y的容许范围内）。电压值更高的Transil或低电能Transil（1，5KE400CA是一个1500 W Transil）将会致使更高的钳位电压，致使更高的电压施加到D1上。

在T2的栅极与阴极之间衔接的电阻器用于分流Dz transil 二极管充电机输出的电流，防止dV/dt致使的杂散触发。

根据充电机电路变阻器的维护机制

假如不想让可控硅整流管在电压高于430V时导通，或许当可控硅整流管被Transil触发时，假如浪涌电流高于SCR ITSM 值，咱们还有一个充电机充电解决办法，即在整流桥输入端，将Transil二极管改为电压抑制器，例如，金属氧化物充电机电路变阻器（图4中的绿色虚线）。充电机电路变阻器置于EMI滤波器以后，滤波器阻抗（格外是共式扼流圈的差分式电感）可以约束充电机电路变阻器吸收电流。

并联多个充电机电路变阻器以非常好地约束浪涌电压，防止在施加90°相角负浪涌电压时T2导通（在施加270°相角正浪涌电压时T1导通）。

浪涌电压耐受能力取决于充电机电路变阻器的能否将浪涌电压约束在T1/T2可控硅整流管的VDSM/VRSM 和 D1/D2二极管的VRRM以下。可控硅整流管过流不再一个难题。例如，并联四个385 V 14 mm 金属氧化物充电机电路变阻器（MOV），衔接一个典型的EMI滤波器，当浪涌电压达到 6 kV 时，混合式整流桥的电压约束在1100V，远远低于TN5050H-12WY VDSM的击穿电压和STBR6012-Y整流管的击穿电压。因而，该充电机电路典型情况下可以耐受6 kV浪涌冲击。

结论

为何挑选这个拓扑？

下降充电机功率损耗、外观尺度，一起进步可靠性（相对于继电器和被迫限流器）。

用新一代可控硅整流管和前端拓扑完成的稳健的充电机充电解决方案。