探究電壓較高的電源獲取較低直流電壓的方法

出處：EDN China 發(fā)布于：2011-09-03 11:55:41

78XX系列穩(wěn)壓器（DC /DC）是電子產(chǎn)品中廣泛采用的三端穩(wěn)壓器。對于較復雜的電路，各個模塊電路有時候需要不同的電源電壓來分別提供能量。遇到這種情況，如果只用一組單輸出變壓器產(chǎn)生一種電壓，經(jīng)過整流后，往往不能合理滿足后級各DC /DC模塊的使用要求。因為，不同數(shù)值的DC /DC模塊的輸入電壓范圍是有一定要求的，如果輸入到DC /DC模塊的電壓不滿足規(guī)定要求（例如：輸入電壓超過規(guī)定范圍） ,往往會造成轉換效率過低，甚至會因為功耗過大而燒壞DC /DC模塊[ 1 ] 。遇到這種情況，通常采用方法是：

　　1）分別采用不同的降壓變壓器，產(chǎn)生出適合后級各DC /DC模塊所需的交流電壓，然后分別整流、穩(wěn)壓。從而產(chǎn)生各模塊電路所需的直流電源電壓；

　　2）采用次級多抽頭的降壓變壓器，產(chǎn)生出適合后級DC /DC模塊所需的交流電壓，然后分別整流、穩(wěn)壓。

　　這兩種方法雖然可行，但如果作為產(chǎn)品生產(chǎn)來講，就顯得不太合理。因為，對生產(chǎn)企業(yè)來說，不單要考慮產(chǎn)品性能，同時要考慮價格和生產(chǎn)的可操作性（生產(chǎn)工藝）。也就是要考慮產(chǎn)品的性能價格比。性價比越高，其市場的競爭力就越強。

　　對于種方法，如果后級電路需要兩種直流電源電壓，例如5V、12V,分別用7805和7812來穩(wěn)壓的話，那么就需要兩個電源變壓器、兩級整流電路。這樣做勢必增加材料成本、生產(chǎn)成本等，同時會增大線路板面積和產(chǎn)品的體積。

　　對于第二種方法，如果后級電路需要兩種直流電源電壓，例如5V、12V,分別用7805和7812來穩(wěn)壓的話，則要求電源變壓器的次級至少有三個抽頭，分別產(chǎn)生出兩種適合7805和7812需求的交流電壓，然后分別經(jīng)過兩級整流、穩(wěn)壓。這樣的電源變壓器市場上很少銷售，而且價格很高，對產(chǎn)品的性價比也不利。如果后級電路需要的電源種類再增加，這些缺點會更加突出。

　　下面介紹一種既不增加成本又能滿足電性能要求的電路。這種電路可以實現(xiàn)從較高的電源電壓獲取較低的直流電壓，轉換效率高，而不會因為DC /DC的輸入電壓超過規(guī)定范圍而燒壞。因此，只需一個次級為雙抽頭的降壓變壓器，經(jīng)過整流，然后供給不同的DC /DC模塊，就可以產(chǎn)生出不同的直流電源電壓。

　　1　傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電路

　上圖　傳統(tǒng)的7805穩(wěn)壓電路

　　上圖為由7805構成常用電路[ 2 ] 。只需外接兩個電容即可，電路簡單適用。輸入電壓通常在7. 5～12V時轉換效率較高，不用增加散熱片。但是如果輸入電壓較高，會因為電流過大而導致轉換效率降低，甚至會燒壞穩(wěn)壓芯片。如果對該電路稍作改進，就可以滿足在較高輸入電壓時仍能高效率輸出穩(wěn)定的5V電壓而不會燒壞芯片。

2 改進后的穩(wěn)壓電路　

如果使用圖1中的電路，那么您不用求助于電噪聲很大的DC/DC轉換器，也不必在降壓電阻器中浪費功率，就能從電壓較高并經(jīng)整流的正弦電壓源獲得5VDC等很低的穩(wěn)定電壓。該應用需要一個穩(wěn)定的5VDC源，但是變壓器向全波橋式整流器供應18Vrms。在充電階段，兩個等值電解電容器C₁和C₂在通過正向偏置二極管D₁和D₂串聯(lián)時，會接收充電電流。一個增強型P溝道MOSFET晶體管Q₁，型號為 IRF9530，其柵極接收了由于齊納二極管D₄的正向電壓降因而略微為正值的反向柵極偏置電壓，因此保持斷開。每個電容器均充到大約為整流電壓峰值的一半與D₁和D₂帶來的正向電壓降之間的差值。全波橋式整流器D₅，即Graetz橋，產(chǎn)生了這些電壓降（參考文獻1）。

當放電階段開始時，D₁獲得反向偏置，而電容器C₂則通過穩(wěn)壓器IC₁帶來的負載放電。隨后，二極管D₁的陽極電壓繼續(xù)下降，Q₁的柵極至源極電壓變?yōu)樨摚⑶揖w管導通，使C₁能通過正向偏置二極管D₃向負載放電。事實上，兩個電容器串聯(lián)充電，并且向負載并聯(lián)放電，從而把IC₁輸入端的原始整流電壓和紋波電壓降低了一半。在C₁放電期間，齊納二極管D₄把Q₁的柵極至源極電壓箝位在其額定值范圍內(nèi)，由此來保護Q₁。
為了正常運行，該電路需要負載電流，穩(wěn)壓器的靜態(tài)耗電電流通常夠用。另外，電容器C₂一直充到來自D₅的峰值電壓。C₁和C₂的值以及其余元件的額定值取決于要求的負載電流。電阻器R₁和R₂的值并不關鍵。請注意Q₁充當開關；選擇某種導通電阻很低的器件就能限制Q₁的功率耗散。