引言

在全球范圍內，無紙化辦公的推廣、企業數字化的加速轉型，以及人工智能技術的突飛猛進，使得服務器市場自2015年至2022年的年均增長率達到了令人矚目的11%。這種強勁的市場需求雖然推動了技術的迅猛發展，但同時也給服務器電源設計帶來了前所未有的挑戰，特別是在處理高熱量和降低運維成本方面。在這一背景下，基于可控硅（SCR）的電源管理技術應運而生，它為交流/直流電源啟動過程提供了一種優于傳統機電開關的先進解決方案。

技術原理

抑制浪涌電流的關鍵

在AC-DC功率轉換器的啟動過程中，大容量電容的直流充電會產生一股遠超系統標準穩態電流的浪涌電流，這會導致交流電源電壓短時下降，從而影響其他電氣設備的穩定運行。依據IEC61000-3-3國際標準，對電壓波動和頻閃的精確控制顯得尤為重要。

為確保電氣系統的安全和功率轉換器的穩定運行，必須有效地控制這種浪涌電流。若浪涌電流未被妥善管理，可能會觸發或損壞電源線路中的設備，如斷路器、保險絲和電容器。目前廣泛采用的浪涌電流抑制方法包括：

- 在電源穩定后使用熱敏電阻與繼電器并聯，及時短接啟動電阻以降低能耗；

- 用SCR可控硅替代傳統繼電器；

- 實施基于SCR的軟啟動技術。

軟啟動技術的優化

相比傳統的機電繼電器，SCR技術通過旁路繞過熱敏電阻來管理浪涌電流，提供了一個更為高效的解決方案。利用精確的相位角控制，軟啟動拓撲能夠平滑地將功率因數校正（PFC）輸出電容的電壓逐漸提升至交流線路的峰值。通過微控制單元（MCU）預設電流峰值并同步調節SCR柵極的相位角，實現了更加精細的電流控制。

純SCR浪涌抑制拓撲的優點

在純SCR浪涌抑制方案中，SCR單元（如X1和X2）取代了傳統的整流二極管，驅動電路由雙向晶閘管Q1及兩個二極管D1、D2構成。這種方案不需要額外的隔離電路或交流線路的極性檢測，因為微控制單元可以直接控制SCR，提高了系統的效率和可靠性。SCR的正向導通時不會因為反向柵極電流而增加功率損耗。

解決電力損耗問題

在數據中心的開關模式電源（SMPS）設計中，電力損耗是一項關鍵挑戰。合適的SCR選擇可以顯著降低在高溫下的功率損耗，使其通態壓降甚至低于25°C時的水平，有效減輕了散熱需求，擴展了溫度裕度，并顯著提高了系統的整體可靠性。

電路實現與工作原理

在設計整流橋的SCR柵極電路時，該電路由微控制單元直接控制的分立器件組成，無需額外隔離器件。當討論交流線路的正半波時，一旦微控制單元激活Q1，通過D2的導通，SCR X2便會被激活。在浪涌階段，微控制單元通過調整Q1的相位角來控制電流，確保PFC輸出電容能夠平穩充電。

結論

基于SCR的技術方案通過替代機電繼電器和無源元件，有效地解決了電氣設備啟動時的浪涌電流問題。這種高結溫SCR的固態方案非常適合數據中心等高功率密度應用場景，它不僅提高了能效，還通過去除機械部件增強了系統的可靠性，并簡化了控制電路的設計，展示了電力電子技術的一個重要發展方向。