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【電源設(shè)計(jì)小貼士30】:低壓降壓IC實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的偏置電源

發(fā)布時(shí)間:2013-03-01 責(zé)任編輯:hedyxing

【導(dǎo)讀】在本次【電源設(shè)計(jì)小貼士】中,我們將研究一款可將高AC輸入電壓轉(zhuǎn)換為可用于電子能量計(jì)等應(yīng)用的低DC電壓簡(jiǎn)單電路。在這種特殊的應(yīng)用中,無(wú)需將輸出電壓隔離于輸入電壓。

此處,經(jīng)過(guò)整流的AC輸入電壓可高達(dá)375V DC,同時(shí)數(shù)百毫安電流時(shí)的輸出電壓可在5伏以內(nèi)。這些大容量應(yīng)用通常受到成本的推動(dòng),因此要求低部件數(shù)量/低成本的電路。步降穩(wěn)壓器提供了一種低成本的解決方案,但在使用高電壓輸入實(shí)施時(shí)卻充滿挑戰(zhàn)。在連續(xù)模式下,該降壓穩(wěn)壓器的占空比為輸出電壓除以輸入電壓,即400V轉(zhuǎn)換到5V時(shí)占空比為1.25%。如果我們?cè)?00 kHz下運(yùn)行電源,則需要125nS的導(dǎo)通時(shí)間,而由于開(kāi)關(guān)速率限制的存在其通常是不切實(shí)際的。

低壓降壓IC實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的偏置電源
圖1 低壓降壓IC實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的偏置電源

圖1 顯示一款解決占空比問(wèn)題的一個(gè)電路。恒定導(dǎo)通控制器(U1)驅(qū)動(dòng)一個(gè)高壓降壓功率級(jí),其包含一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路(Q2, Q3)驅(qū)動(dòng)的P通道FET (Q4),以將400V轉(zhuǎn)換為5V。該控制器(我們的例子中使用TPS64203)是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。它擁有一個(gè)低靜態(tài)電流35uA),讓轉(zhuǎn)換器能夠以最小的R2和R3電阻功耗離線啟動(dòng)。第二個(gè)關(guān)鍵因素是其提供短時(shí)(600 nS)導(dǎo)通柵極驅(qū)動(dòng)脈沖來(lái)將最小開(kāi)關(guān)頻率(連續(xù)導(dǎo)通模式下)升高至20 kHz以上的能力。Q1用于電平轉(zhuǎn)換柵極驅(qū)動(dòng)電壓至高端驅(qū)動(dòng)器。來(lái)自IC的低壓輸出在R4上約為5伏,其使Q1和R5中出現(xiàn)固定電流。通過(guò)發(fā)射極輸出器到P通道FET柵極為R5提供電壓。電流也對(duì)C4充電,以為驅(qū)動(dòng)電路供電。我們選擇P通道FET來(lái)簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路。如果要使用一個(gè)N通道,則會(huì)要求一種能夠驅(qū)動(dòng)FET柵極至輸入電壓以上來(lái)徹底增強(qiáng)器件的方法。

MOSFET表現(xiàn)出較好的(< 50nS)開(kāi)關(guān)速度
圖2 MOSFET表現(xiàn)出較好的(< 50nS)開(kāi)關(guān)速度

圖2顯示了兩個(gè)電路波形,其表明通過(guò)簡(jiǎn)單的雙極驅(qū)動(dòng)器可獲得較好的開(kāi)關(guān)速度。低于50nS的柵極驅(qū)動(dòng)升降時(shí)間產(chǎn)生小于30nS的漏極-開(kāi)關(guān)時(shí)間。通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換至P通道FET的驅(qū)動(dòng)電流可以增加速率,代價(jià)是更高的功耗。這種電路的效率約為70%??紤]到功耗水平僅為4瓦,從400V轉(zhuǎn)換到5V,并且電路既簡(jiǎn)單又便宜的情況,這一效率已經(jīng)不低了。這種設(shè)計(jì)的兩個(gè)不足是缺少短路和過(guò)電壓保護(hù)。但是,這種電路可能代表許多應(yīng)用中一種高性價(jià)比的折衷方法。
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