【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電壓簡單電路。在這種特殊的應(yīng)用中，無需將輸出電壓隔離于輸入電壓。
此處，經(jīng)過整流的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%。如果我們在100 kHz下運(yùn)行電源，則需要125nS的導(dǎo)通時(shí)間，而由于開關(guān)速率限制的存在其通常是不切實(shí)際的。
圖1 低壓降壓IC實(shí)現(xiàn)了簡單、經(jīng)濟(jì)的偏置電源
圖1 顯示一款解決占空比問題的一個(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，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)脈沖來將最小開關(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。通過發(fā)射極輸出器到P通道FET柵極為R5提供電壓。電流也對C4充電，以為驅(qū)動(dòng)電路供電。我們選擇P通道FET來簡化驅(qū)動(dòng)電路。如果要使用一個(gè)N通道，則會要求一種能夠驅(qū)動(dòng)FET柵極至輸入電壓以上來徹底增強(qiáng)器件的方法。
圖2 MOSFET表現(xiàn)出較好的(< 50nS)開關(guān)速度
圖2顯示了兩個(gè)電路波形，其表明通過簡單的雙極驅(qū)動(dòng)器可獲得較好的開關(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-開關(guān)時(shí)間。通過調(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%。考慮到功耗水平僅為4瓦，從400V轉(zhuǎn)換到5V，并且電路既簡單又便宜的情況，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。
