技術(shù)：利用低壓降壓IC實(shí)現的一款偏置電源設計

本文將就一款可將高AC輸入電壓轉換為可用于電子能量計等應用的低DC電壓簡(jiǎn)單電路。在這種特殊的應用中，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375 VDC，同時(shí)數百毫安電流時(shí)的輸出電壓可在5伏以?xún)?。這些大容量應用通常受到成本的推動(dòng)，因此要求低部件數量/低成本的電路。步降穩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(mǎn)挑戰。在連續模式下，該降壓穩壓器的占空比為輸出電壓除以輸入電壓，即400V轉換到5V時(shí)占空比為1.25%。如果在100kHz下運行電源，則需要 125 nS 的導通時(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。

圖 1 低壓降壓 IC 實(shí)現了簡(jiǎn)單、經(jīng)濟的偏置電源

圖 1一款解決占空比問(wèn)題的電路。恒定導通控制器(U1)驅動(dòng)一個(gè)高壓降壓功率級，其包含一個(gè)電平轉換電路(Q2, Q3)驅動(dòng)的P通道FET (Q4)，以將400V 轉換為5V。該控制器(我們的例子中使用 TPS64203)是本設計的關(guān)鍵。它擁有一個(gè)低靜態(tài)電流35 uA)，讓轉換器能夠以最小的R2和R3電阻功耗離線(xiàn)啟動(dòng)。第二個(gè)關(guān)鍵因素是其提供短時(shí)(600 nS)導通柵極驅動(dòng)脈沖來(lái)將最小開(kāi)關(guān)頻率(連續導通模式下)升高至 20kHz以上的能力。Q1用于電平轉換柵極驅動(dòng)電壓至高端驅動(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C4 充電，以為驅動(dòng)電路供電。我們選擇P通道FET來(lái)簡(jiǎn)化驅動(dòng)電路。如果要使用一個(gè)N通道，則會(huì )要求一種能夠驅動(dòng)FET柵極至輸入電壓以上來(lái)徹底增強器件的方法。

圖 2 MOSFET表現出較好的 ( 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)單的雙極驅動(dòng)器可獲得較好的開(kāi)關(guān)速度。低于50 nS的柵極驅動(dòng)升降時(shí)間產(chǎn)生小于30 nS 的漏極-開(kāi)關(guān)時(shí)間。通過(guò)調節轉換至P通道FET的驅動(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。這種設計的兩個(gè)不足是缺少短路和過(guò)電壓保護。但是，這種電路可能代表許多應用中一種高性?xún)r(jià)比的折衷方法。