1引言

在先前發(fā)表的“靜電感應晶閘管(SITH)的應用研究”一文中，我們對國產SITH器件的基本特性作了研究，并研制了四種驅動電路。在這四種電路驅動下，SITH器件取得了0.2ms以下的開關速度?，F(xiàn)進一步將驅動電路及SITH器件一起擴展成實際的開關電源應用電路，經測試，得到了比較先進的性能指標。這樣，對SITH器件的應用研究就更加全面，使得對它的推廣應用打下扎實的基礎。

2電路研究

2.1應用電路(一)

該應用電路是一個開關電源，是鑒于以下幾點考慮而設計的：(1)針對電機調速、溫度控制等大功率應用方向，確定是AC-DC變換，這里AC專指交流50周單相電壓220V工頻電網;(2)該電源輸入必須是高功率因數(shù)0.95以上，還必須是低噪擾，符合或優(yōu)于國家標準;(3)該電源效率要求在90%以上;(4)能體現(xiàn)SITH管的優(yōu)勢，避開其弱點。

這里采用了BOOST變換程式(圖1)。圖中R1：1kΩ;R2：20Ω;R3：10kΩ;R4：5kΩ;R5：5kΩ;R6：800kΩ;R7：10kΩ;R8：20kΩ;R9：1MΩ;R10：0.2Ω;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穩(wěn)壓二極管;D2：3A快恢二極管HER308;D3、D6：2A/400V整流橋;Q1、Q3：npn三極管8050;Q2：pnp三極管8550;Q4：VDMOS10A/30V;L1：2mH/1A高頻電感;L2：2mH/1A高頻電感;IC：UC3852。

UC3852的詳細工作原理請參閱TexasInstruments公司有關資料。要著重指出的是，UC3852是一種專門用來提高輸入功率因數(shù)的開關電源控制芯片，它的基本原理是在遠高于50周的頻率下工作，控制開關管以一個恒定的時間Ton導通，導通時電感L2承受全部交流輸入電壓Vin。在Ton結束時，電感電流，也就是輸入電流Iin=(Vin/L2)×Ton，因此Iin與Vin成正比。接著，UC3852使開關管關閉，L2向負載端放電，Iin呈線性衰減，當UC3852檢測到Iin衰減到零時，又控制開關管導通，進入下一個Ton，見圖2。

圖中，上部是UC3852的驅動波形，高電平是驅動開關管導通，高電平的時間Ton是恒定的;下部是輸入電壓Vin和輸入電流Iin的波形。在Ton時段內，Iin線性上升，上升的速率與當時的Vin值成正比，由于每次都是從零開始，因此Iin的峰值也與Vin成正比。實際上，UC3852的工作頻率要比圖中表示的高得多，約25kHz。因此可認為在每個三角形區(qū)段Vin恒定，則Iin的平均值也正比于Vin，經過L1、C6低通濾波后，輸入電流波形與輸入電壓一致，則功率因數(shù)必然很高。這就是UC3852的簡單工作原理。

圖1的電路參數(shù)構成一個輸出為100W的電路，SITH管為主開關，采用驅動電路(一)的方法，由Q1、Q2、Q3和Q4組成SITH管的驅動電路;L2是BOOST電感;C5是輸出濾波電容;R6、R7、R8、R9和C3組成反饋電路，供UC3852采用，控制輸出電壓穩(wěn)定;R12和C7是UC3852工作頻率的按時電路，這里定在25kHz左右;L1和C6是低通濾波器，阻止Iin中的高頻成分傳回電網;R10是電流采樣電阻，向UC3852供應Iin的波形。

從圖2的波形上可以看出，這是一種電流非持續(xù)方式，它的好處是開關管總是從零電流開始導通，最終達到二倍的平均電流，從而使SITH管避開了導通慢的弱點，又發(fā)揚了其大電流性能好的優(yōu)點。它又使二極管D2在正向電流到零后再承受反壓，避開了反向恢復損耗的問題。D2的用途是阻止輸出電容C5向L2和SITH管放電，它正向流過的就是負載電流，而反向承受的是400V電壓。測試中D2使用中速的快恢二極管，溫升很低。輸出電壓取400V是電路工作要求的(參閱TexasInstruments公司有關資料)，因而不能降低。SITH管在關斷時也承受400V的反壓，對它來說余量較大，也是優(yōu)勢所在。

測得其重要指標如下：輸入電壓：AC220V50Hz;輸入電流：0.58A;輸入功率：111W;功率因數(shù)：0.95;輸出電壓：DC410V，紋波峰峰值：Vpp=20V;輸出負載電阻：1610Ω;輸出功率：104W;效率：0.94。由此看來，SITH器件及其驅動電路滿足了要求，結果是令人滿意的。

然而，SITH管在工作時大約有3.5W左右的管耗，是電路中唯一有明顯溫升的器件。電路中使用的SITH管是TO-220封裝，最初加上50mm×60mm散熱片，開機5分鐘內表面溫升達50℃，輸入功率新增了3W。后來，改用帶有風扇的CpU散熱器，風扇功率1W，開機15分鐘后，表面溫升仍不迢過5℃，輸入功率始終在111W左右。由此可以認為，SITH管與其它電力器件相同，開關損耗隨溫度升高而新增。若散熱不好，會形成惡性循環(huán)。頻繁的高溫差變化還會使焊錫過早脆化，使焊接質量變壞。因此良好散熱是保證可靠性、保證高效率的最有效最重要的手段。由于SITH管具有較強的過流能力，因此在良好散熱下，不必采用“降容量使用”的傳統(tǒng)方法，可以選用電流額定值與工作額定值相當?shù)钠骷?，以降低成本又不影響可靠性?/p>

2.2應用電路(二)

應用電路(一)的輸出電壓是固定直流400V，不能靈活調整，又沒能與輸入隔離，往往要加后級電路。本應用電路(二)是在電路(一)基礎上加以改動，將輸出隔離，又能調整電壓，見圖3。圖中：R1：1kΩ;R2：20Ω;R3：10kΩ;R4：5kΩ;R5：5kΩ;R6：800kΩ;R7：10kΩ;R8：20kΩ;R9：1MΩ;R10：0.2Ω;R11：50kΩ;R12：10kΩ;R13：20kΩ/3W;R14：40Ω/10W;C1：0.01mf;C2：200pf;C3：0.1mf;C4：50mf;C5：2000pf/400V;C6：2mf/~250V;C7：2000pf;C8：0.1mf/600V;C9：3000mf/50V;C10：2mf/400V;D1：12V/0.5W穩(wěn)壓二極管;D2、D7、D8、D9：3A快恢二極管HER308;D3、D4、D5、D6：2A/400V整流橋;D10：46V/1W稻壓二極管;Q1、Q3：npn三極管8050;Q2：pnp三極管8550;Q4：VDMOS10A/30V;L1：2mH/1A高頻電感;L2：2mH/1A高頻電感;L3：500mH/2A高頻電感;Tr：高頻變壓器;匝比：2:1×2;IC1：UC3852;IC2：光耦521-1。

此電路參數(shù)是48V/100W輸出的直流電源。它的工作原理與電路(一)相同，只是輸出部分用電容C10將SITH管漏極的直流方波割直成交流方波，送到變壓器Tr的初級，然后耦合到次級改變了電壓，再經過整流濾波輸出。次級分成兩個線圈，分別通過不同的整流濾波環(huán)節(jié)，這是因為通過C10的交流方波，是不對稱的，正向部分實際上是電感L2放電，是電流源，要用副邊的上半部分整流;負向部分實際上是C10放電，是電壓源，要用副邊的下半部分整流。

改變Tr的匝比可以得到要的輸出電壓，也與輸入電網隔離。光耦521-1是負反饋的隔離元件。D2、C5、C8、R13、R14組成上沖吸收電路，由于漏感的原因，變壓器在接受電流源脈沖時，上沖十分強烈，對器件很不利，同時還造成很大的高頻噪擾，必須衰減它。吸收電路可以有效地衰減上沖，但是經大量試驗表明，這種衰減的能耗相當大，是以降低效率為代價的。本試驗中吸收環(huán)節(jié)要消耗6W左右的功率，上沖仍占主波的25%，使效率從91%下降到84%，線路板上有一塊明顯的發(fā)熱源。因此在沒解決高效吸收問題之前，該電路應考慮在小功率應用。

2.3應用電路(三)

這是一個交流開關，可切換1000W的負載，應用很廣。原本是用可控硅或雙向可控硅組成，現(xiàn)用兩只SITH管取代。它具有過零開通和過零關斷的功能，以減小對電網的沖擊，在要時也可以立即關斷。由于使用了SITH管，才具有強迫關斷，即快速關斷的功能。這是可控硅或雙向可控硅做不到的，它可以與單片機配合使用。這里僅供應強電部分原理圖(圖4)。圖中：R1、R2：1kΩ;R3：10kΩ;R4：200Ω;R5、R6、R7：5.1kΩ;C1：300mF/16V;D1、D2：10A/400V整流二極管;D3、D4、D5：1N4001;Q1、Q2：VDMOS(Ron=0.05W)：IC1：LM393雙比較器;IC2：CD4013D觸發(fā)器;IC3、IC4：光耦521;Tr1：電源變壓器220V/9V×2～3W。

圖中，兩只SITH管反串聯(lián)，而各自又與一個二極管反并聯(lián)，兩只SITH管同時導通或同時關斷，形成了交流開關。IC1比較器出現(xiàn)過零脈沖信號，作為IC2D觸發(fā)器的時鐘信號，因此IC2只能在交流電壓過零時改變輸出。它的一對互補輸出分別控制SITH管的柵極注入和VDMOS管，也就控制了交流開關的過零導通和關斷。強迫關斷信號直接控制D觸發(fā)器的R復位端，立即關斷交流開關?？刂菩盘柾ㄟ^光耦輸入，這是為了防止干擾。