在本《電源設計小貼士》中，我們將研究一款可將高 AC 輸入電壓轉換為可用于電子能量計等應用的低 DC 電壓簡單電路。在這種特殊的應用中，無需將輸出電壓隔離于輸入電壓。此處，經過整流的 AC 輸入電壓可高達 375 VDC，同時數百毫安電流時的輸出電壓可在 5 伏以內。這些大容量應用通常受到成本的推動，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施時卻充滿挑戰。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 時占空比為 1.25%。如果我們在 100 kHz 下運行電源，則需要 125 nS 的導通時間，而由于開關速率限制的存在其通常是不切實際的。



圖 1 低壓降壓 IC 實現了簡單、經濟的偏置電源

圖 1 顯示一款解決占空比問題的一個電路。恒定導通控制器 (U1) 驅動一個高壓降壓功率級，其包含一個電平轉換電路 (Q2, Q3) 驅動的 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）是本設計的關鍵。它擁有一個低靜態電流 35 uA），讓轉換器能夠以最小的 R2 和 R3 電阻功耗離線啟動。第二個關鍵因素是其提供短時 (600 nS) 導通柵極驅動脈沖來將最小開關頻率（連續導通模式下）升高至 20 kHz 以上的能力。Q1 用于電平轉換柵極驅動電壓至高端驅動器。來自 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。通過發射極輸出器到 P 通道 FET 柵極為 R5 提供電壓。電流也對 C4 充電，以為驅動電路供電。我們選擇 P 通道 FET 來簡化驅動電路。如果要使用一個 N 通道，則會要求一種能夠驅動 FET 柵極至輸入電壓以上來徹底增強器件的方法。


圖 2 MOSFET表現出較好的 (< 50nS) 開關速度

圖 2 顯示了兩個電路波形，其表明通過簡單的雙極驅動器可獲得較好的開關速度。低于 50 nS 的柵極驅動升降時間產生小于 30 nS 的漏極-開關時間。通過調節轉換至 P 通道FET的驅動電流可以增加速率，代價是更高的功耗。這種電路的效率約為 70%。考慮到功耗水平僅為 4 瓦，從 400V 轉換到 5V，并且電路既簡單又便宜的情況，這一效率已經不低了。這種設計的兩個不足是缺少短路和過電壓保護。但是，這種電路可能代表許多應用中一種高性價比的折衷方法。

下次，我們將討論一種在無需研究其內部構件的情況下測量電源控制環路相位裕量的方法，敬請期待。