低压降压IC让简捷、经济的偏置电源成为现实

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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。

图 1 低压降压 IC 实现了简单、经济的偏置电源
图 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。

图 2 MOSFET表现出较好的 (< 50nS) 开关速度
图 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。