在过去的十年中,新型服务器市场需求迅速增长,年复合增长率达到11%。这一增长势头主要受以下几个因素的推动:个人文件数字化和企业办公数字化的加速、全球健康危机期间居家办公和新媒体平台的普及,以及人工智能的兴起和普及。在这种背景下,服务器开关电源的设计变得尤为关键,主要挑战在于解决高热耗散和降低维修成本的问题。为了应对这一挑战,基于可控硅的解决方案应运而生,尤其是在开关电源的AC/DC部分的启动功能方面。
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高于系统标称稳态电流10倍的大电流,这种涌流会导致市电交流电源的电压下降,影响其他设备的正常运行。为了保护电气设备的安全和功率转换器的可靠性,必须抑制涌流。可以采取多种解决方案,如使用继电器并联NTC或PTC热敏电阻,或者使用SCR可控硅设计软启动的导通配置。
软启动拓扑允许设计人员在不使用机电元件和无源元件的情况下处理应用启动阶段的涌流电流,从而降低AC/DC整流部分的物料成本。通过使用MCU控制SCR的导通,设计人员可以轻松设置线路电流大小,改善启动时间,并满足标准要求。此外,SCR可控硅X1和X2正在取代下桥臂上的标准整流二极管,从而简化了电路结构,提高了电源的可靠性和使用寿命。
数据中心SMPS设计人员面临的主要难题是功率损耗。尽管散热方法不断改进,但限制转换器分立功率器件的电能损耗仍然是关键。通过优化设计,使开关电源尽可能达到最高能效。在1500W电源装置上测量了纯SCR解决方案的能效,结果显示与继电器的能效相同。
设计者面临的一个主要问题是如何设计整流桥中的SCR栅极电路,下面的栅极电路由分立器件组成,由MCU直接控制,并且不需要额外的隔离器件。在正弦波的正半周期,SCR可控硅X2是由Q1通过二极管D2导通。在涌流阶段,MCU控制Q1三端双向可控硅开关元件的相位角,控制X2 SCR的导通。在稳定状态下,MCU控制Q1三端双向可控硅全波段导通,X2可控硅导通。
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