引言

在全球范围内，无纸化办公的推广、企业数字化的加速转型，以及人工智能技术的突飞猛进，使得服务器市场自2015年至2022年的年均增长率达到了令人瞩目的11%。这种强劲的市场需求虽然推动了技术的迅猛发展，但同时也给服务器电源设计带来了前所未有的挑战，特别是在处理高热量和降低运维成本方面。在这一背景下，基于可控硅（SCR）的电源管理技术应运而生，它为交流/直流电源启动过程提供了一种优于传统机电开关的先进解决方案。

技术原理

抑制浪涌电流的关键

在AC-DC功率转换器的启动过程中，大容量电容的直流充电会产生一股远超系统标准稳态电流的浪涌电流，这会导致交流电源电压短时下降，从而影响其他电气设备的稳定运行。依据IEC61000-3-3国际标准，对电压波动和频闪的精确控制显得尤为重要。

为确保电气系统的安全和功率转换器的稳定运行，必须有效地控制这种浪涌电流。若浪涌电流未被妥善管理，可能会触发或损坏电源线路中的设备，如断路器、保险丝和电容器。目前广泛采用的浪涌电流抑制方法包括：

- 在电源稳定后使用热敏电阻与继电器并联，及时短接启动电阻以降低能耗；

- 用SCR可控硅替代传统继电器；

- 实施基于SCR的软启动技术。

软启动技术的优化

相比传统的机电继电器，SCR技术通过旁路绕过热敏电阻来管理浪涌电流，提供了一个更为高效的解决方案。利用精确的相位角控制，软启动拓扑能够平滑地将功率因数校正（PFC）输出电容的电压逐渐提升至交流线路的峰值。通过微控制单元（MCU）预设电流峰值并同步调节SCR栅极的相位角，实现了更加精细的电流控制。

纯SCR浪涌抑制拓扑的优点

在纯SCR浪涌抑制方案中，SCR单元（如X1和X2）取代了传统的整流二极管，驱动电路由双向晶闸管Q1及两个二极管D1、D2构成。这种方案不需要额外的隔离电路或交流线路的极性检测，因为微控制单元可以直接控制SCR，提高了系统的效率和可靠性。SCR的正向导通时不会因为反向栅极电流而增加功率损耗。

解决电力损耗问题

在数据中心的开关模式电源（SMPS）设计中，电力损耗是一项关键挑战。合适的SCR选择可以显著降低在高温下的功率损耗，使其通态压降甚至低于25°C时的水平，有效减轻了散热需求，扩展了温度裕度，并显著提高了系统的整体可靠性。

电路实现与工作原理

在设计整流桥的SCR栅极电路时，该电路由微控制单元直接控制的分立器件组成，无需额外隔离器件。当讨论交流线路的正半波时，一旦微控制单元激活Q1，通过D2的导通，SCR X2便会被激活。在浪涌阶段，微控制单元通过调整Q1的相位角来控制电流，确保PFC输出电容能够平稳充电。

结论

基于SCR的技术方案通过替代机电继电器和无源元件，有效地解决了电气设备启动时的浪涌电流问题。这种高结温SCR的固态方案非常适合数据中心等高功率密度应用场景，它不仅提高了能效，还通过去除机械部件增强了系统的可靠性，并简化了控制电路的设计，展示了电力电子技术的一个重要发展方向。