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)，最常見的一個(gè)挑戰(zhàn)是將交流電壓電源轉(zhuǎn)換為直流電壓電源。幾乎所有應(yīng)用都需要將交流電壓改為直流電壓，從為手機(jī)充電到為微波爐的微控制器供電都是如此。通常來講，通過使用變壓器和整流器進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換，如圖1所示。在該電路中，通過變壓器降壓(一倍于變壓器初級(jí)和次級(jí)線圈匝數(shù)比)。

圖 1：使用變壓器和LDO簡(jiǎn)化AC到DC轉(zhuǎn)換

磁解決方案有幾個(gè)缺點(diǎn)。您可能知道變壓器通過將磁通量轉(zhuǎn)換為電流來工作。由于這種轉(zhuǎn)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，需要大電容來濾除噪聲。對(duì)于低功率應(yīng)用，可使用更簡(jiǎn)單且成本有效的方法來消除磁性元件。如同兩個(gè)電阻器如何形成一個(gè)分壓器一樣，您可使用電容器來產(chǎn)生交流阻抗(電抗)，其在電壓到達(dá)電源之前降低電壓。這種配置通常稱為電容壓降解決方案。

當(dāng)負(fù)載未接通時(shí)，基本的電容器壓降解決方案需要穩(wěn)壓二極管吸收應(yīng)用所需的電流。該穩(wěn)壓二極管是必需項(xiàng)，因此線性穩(wěn)壓器(LDO)的輸入電壓不會(huì)超過絕對(duì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一個(gè)缺點(diǎn)是效率不高，因?yàn)樵S多功率會(huì)隨著電阻器和LDO的熱量而消散。即使LDO未調(diào)壓，但由于穩(wěn)壓二極管中消耗的能量，效率仍然不理想。

為提高該系統(tǒng)的效率，您需要優(yōu)化三個(gè)主要組件——浪涌電阻、穩(wěn)壓二極管和LDO的壓降。公式1所示為如何計(jì)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(jì)量和工廠自動(dòng)化等工業(yè)應(yīng)用中常見的電源配置，因此德州儀器開發(fā)了一個(gè)專注于優(yōu)化電容壓降架構(gòu)效率和解決方案尺寸的組件。TPS7A78集成了許多實(shí)現(xiàn)電容式壓降電路所需的分立元件，如有源橋式整流器。TPS7A78專為使用電容壓降電路而設(shè)計(jì)，可集成多種功能，并提高整體系統(tǒng)效率。例如，TPS7A78集成了一個(gè)開關(guān)電容級(jí)，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(xiàn)更小的解決方案尺寸，降低系統(tǒng)成本并降低待機(jī)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(jí)和線性穩(wěn)壓器上的效率，我們可以將圖2所示的傳統(tǒng)解決方案與圖3所示的TPS7A78解決方案進(jìn)行比較。在使用線性穩(wěn)壓器的傳統(tǒng)壓降解決方案中，系統(tǒng)的效率為11%。配置為同一負(fù)載供電時(shí)，由于開關(guān)電容的輸入電流減小，且需要更小的浪涌電阻，TPS7A78能夠?qū)崿F(xiàn)》 40%的效率。