上篇文章介紹了一種使用MOSFET替代繼電器設計的浪涌電流抑制電路,MOSFET從關斷到開通過程中經歷了較長時間的線性工作區,此時MOSFET的功耗巨大易損毀,選擇器件時需要尤為注意。本篇將介紹此電路中MOSFET以及其他關鍵器件選型時的注意事項。
一.MOSFET M1的選擇
1.耐壓選擇
在電源輸入端一般會放壓敏電阻,規格視輸入電壓而定,以最大輸入電壓為264Vac為例,通常選擇275Vac或300Vac的壓敏,查詢TDK 300vac壓敏電阻B72214S0301K101規格書,其鉗位電壓V-clamp為775V:
考慮到EMS測試(surge/EFT),整流橋后殘留電壓最大值將達到V-clamp,Cbulk與MOSFET可以視為串聯,同時Cbulk上電壓不能突變,鉗位后的電壓將加在MOSFET兩端,因此MOSFET耐壓應選擇大于V-clamp.
2.電流選擇
流經MOSFET的最大電流取決于R2的阻值,因此選擇MOSFET時的電流要求:
Ids>Imax=Vbe/R2
3.功率選擇
從上圖可知,在T1-T2時間段,MOSFET電壓線性下降,電流線性上升,兩者同時存在,下面將計算這一階段MOSFET的有效功率:
以上為詳細計算,其實還有更簡單的算法:
MOSFET是否會燒壞是與其結溫相關的,以上計算出此階段的有效功率后與MOSFET的規格書相比較,需要關注的參數是Zth-jc,以ST MOSFET器件 STB18NM80為例:
在曲線中找到t2對應的時長,然后對應single pulse曲線找到對應的k值或Zth-jc值,將允許的耗散功率和計算的發熱功率相比較,Prms需要小于Ptot才行。
二.Rinrush的選擇
1.阻值選擇
Rinrush的阻值決定了T0時刻輸入電流的大小,此時Iinrush≈Vin/Rinrush,應根據該限值的大小來選擇合適的阻值。
2.耐壓選擇
電阻兩端的最大電壓為V-clamp,選定電阻的耐壓值應大于此值,可選擇多顆串聯。
3.功率選擇
通過計算發熱量來計算Rinrush在T0-T2階段的有效功率。
在T0-T1階段,在輸入源通過Rinrush為電容充電,電容電壓呈非線性上升,上升到Vbe*Rinrush/R2時到達T1時刻這一階段才結束。
在T1-T2階段Rinrush上電流呈線性下降,計算此階段發熱量:
綜上可以計算在T0-T2階段內電阻的總發熱量及有效值功率:
將以上計算的Winrush值同電阻的規格書相比較,Winrush應當小于瞬態過載的發熱量規格書中會描述該電阻瞬態過載能力,例如Vishay AC05000003009JAC00電阻:
三.采樣電阻R2的選擇
1.阻值選擇
R2取值受制于兩方面,1.開機時Iinrush流經R2產生的壓差能夠使Q1導通,2.電路正常工作時輸入電流流經R2產生的壓差不要使Q1導通,因此這里取值時需要折中考慮。
2.功率選擇
下面將計算R2在T0-T2階段的發熱量:
接下來的選型就和Rinrush一樣,不再贅述了。