如何獲得簡(jiǎn)易的非磁性AC/DC電源

在創(chuàng )建工業(yè)電源時(shí)，最常見(jiàn)的一個(gè)挑戰是將交流電壓電源轉換為直流電壓電源。幾乎所有應用都需要將交流電壓改為直流電壓，從為手機充電到為微波爐的微控制器供電都是如此。通常來(lái)講，通過(guò)使用變壓器和整流器進(jìn)行這種轉換，如圖1所示。在該電路中，通過(guò)變壓器降壓（一倍于變壓器初級和次級線(xiàn)圈匝數比）。

圖 1：使用變壓器和LDO簡(jiǎn)化AC到DC轉換

磁解決方案有幾個(gè)缺點(diǎn)。您可能知道變壓器通過(guò)將磁通量轉換為電流來(lái)工作。由于這種轉換，變壓器會(huì )產(chǎn)生大量電磁干擾（EMI）。變壓器的輸出電壓也極其嘈雜，需要大電容來(lái)濾除噪聲。對于低功率應用，可使用更簡(jiǎn)單且成本有效的方法來(lái)消除磁性元件。如同兩個(gè)電阻器如何形成一個(gè)分壓器一樣，您可使用電容器來(lái)產(chǎn)生交流阻抗（電抗），其在電壓到達電源之前降低電壓。這種配置通常稱(chēng)為電容壓降解決方案。

當負載未接通時(shí)，基本的電容器壓降解決方案需要穩壓二極管吸收應用所需的電流。該穩壓二極管是必需項，因此線(xiàn)性穩壓器（LDO）的輸入電壓不會(huì )超過(guò)絕對最大額定值。

圖2: 帶LDO的基本電容式壓降電路，適用于110 VAC、5 VDC和30 mA

電容式壓降拓撲結構的一個(gè)缺點(diǎn)是效率不高，因為許多功率會(huì )隨著(zhù)電阻器和LDO的熱量而消散。即使LDO未調壓，但由于穩壓二極管中消耗的能量，效率仍然不理想。

為提高該系統的效率，您需要優(yōu)化三個(gè)主要組件——浪涌電阻、穩壓二極管和LDO的壓降。公式1所示為如何計算圖2所示的基本電容壓降解決方案的效率。

由于電容壓降解決方案是電子計量和工廠(chǎng)自動(dòng)化等工業(yè)應用中常見(jiàn)的電源配置，因此德州儀器開(kāi)發(fā)了一個(gè)專(zhuān)注于優(yōu)化電容壓降架構效率和解決方案尺寸的組件。TPS7A78集成了許多實(shí)現電容式壓降電路所需的分立元件，如有源橋式整流器。TPS7A78專(zhuān)為使用電容壓降電路而設計，可集成多種功能，并提高整體系統效率。例如，TPS7A78集成了一個(gè)開(kāi)關(guān)電容級，可將輸入電壓降低四倍，從而以相同的比率降低輸入電流，并有助于使用更小的電容壓降電容。此功能可實(shí)現更小的解決方案尺寸，降低系統成本并降低待機功耗。

圖 3：使用TPS7A78在30mA時(shí)的30mA 電容壓降解決方案

為理解使用TPS7A78在電容壓降級和線(xiàn)性穩壓器上的效率，我們可以將圖2所示的傳統解決方案與圖3所示的TPS7A78解決方案進(jìn)行比較。在使用線(xiàn)性穩壓器的傳統壓降解決方案中，系統的效率為11%。配置為同一負載供電時(shí)，由于開(kāi)關(guān)電容的輸入電流減小，且需要更小的浪涌電阻，TPS7A78能夠實(shí)現> 40%的效率。