电源设计小贴士 30:低压降压 IC 让简捷、经济的偏置电源成为现实

分享到:

在本《电源设计小贴士》中,我们将研究一款可将高 AC 输入电压转换为可用于电子能量计等应用的低 DC 电压简单电路。在这种特殊的应用中,无需将输出电压隔离于输入电压。此处,经过整流的 AC 输入电压可高达 375 VDC,同时数百毫安电流时的输出电压可在 5 伏以内。这些大容量应用通常受到成本的推动,因此要求低部件数量/低成本的电路。步降稳压器提供了一种低成本的解决方案,但在使用高电压输入实施时却充满挑战。在连续模式下,该降压稳压器的占空比为输出电压除以输入电压,即 400V 转换到 5V 时占空比为 1.25%。如果我们在 100 kHz 下运行电源,则需要 125 nS 的导通时间,而由于开关速率限制的存在其通常是不切实际的。

 
未标题-1.jpg 
1 低压降压 IC 实现了简单、经济的偏置电源
 
1 显示一款解决占空比问题的一个电路。恒定导通控制器 (U1) 驱动一个高压降压功率级,其包含一个电平转换电路 (Q2, Q3) 驱动的 P 通道FET (Q4),以将 400V 转换为 5V。该控制器(我们的例子中使用 TPS64203)是本设计的关键。它拥有一个低静态电流 35 uA),让转换器能够以最小的 R2 和 R3 电阻功耗离线启动。第二个关键因素是其提供短时 (600 nS) 导通栅极驱动脉冲来将最小开关频率(连续导通模式下)升高至 20 kHz 以上的能力。Q1 用于电平转换栅极驱动电压至高端驱动器。来自 IC 的低压输出在 R4 上约为 5 伏,其使 Q1 和 R5 中出现固定电流。通过发射极输出器到 P 通道 FET 栅极为 R5 提供电压。电流也对 C4 充电,以为驱动电路供电。我们选择 P 通道 FET 来简化驱动电路。如果要使用一个 N 通道,则会要求一种能够驱动 FET 栅极至输入电压以上来彻底增强器件的方法。
 
未标题-1.jpg 
2 MOSFET表现出较好的 (< 50nS) 开关速度
 
2 显示了两个电路波形,其表明通过简单的双极驱动器可获得较好的开关速度。低于 50 nS 的栅极驱动升降时间产生小于 30 nS 的漏极-开关时间。通过调节转换至 P 通道FET的驱动电流可以增加速率,代价是更高的功耗。这种电路的效率约为 70%。考虑到功耗水平仅为 4 瓦,从 400V 转换到 5V,并且电路既简单又便宜的情况,这一效率已经不低了。这种设计的两个不足是缺少短路和过电压保护。但是,这种电路可能代表许多应用中一种高性价比的折衷方法。 

下次,我们将讨论一种在无需研究其内部构件的情况下测量电源控制环路相位裕量的方法,敬请期待。