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            AC-DC应用中实现偏置电源的原理与方案
            发表于:2019-02-28

            AC-DC应用中实现偏置电源的原理与方案

            偏置电源在电源中很重要。在电源内部,需要偏置电源给 IC 加电。在电源外部,可能需要偏置电源给系统中的 MCU 和/或其它局部电源加电。 很多低电压 IC(额定电压小于 100V DC)都将偏置电源集成到该 IC 内部。不过,对于 AC-DC 电源而言事情会变得更加复杂,因为现在需要处理高很多的输入电压。由二极管构成的整流电路,用来测量交流信号电压或把交流信号转换为直流信号时,其线性和精度均不理想。本电路使用了由OP放大器构成的绝对值电路,因为它由均化电容转换成输入信号的平均值,所以输入电压很小时,也能获得高精度。测量正弦波电压可以用其平均值表示,但测量脉冲波形用平均值则很难测得其很效值。

            1551335948586467.png电路工作原理

            OP放大器A1是放大倍数为10的AC放大器,需要多大的放大倍数,取决于输入信号的大小,放大倍数A可用A=1+(R3/R2)公式计算。A1的低频FL约为1.6HZ(FZ=1/2πC1.R2≈1.6),C1、C3也与低频有关。其容量均为10UF,因为用两个电容串联,所以总容量为5UF,它的FL约为0.5HZ。OP放大器A2、A3是标准的绝对值电路。A2是负输出半波整流电路,其输出与输入信号进行加法运算进行全波整流。加法电阻R6和R7的比例很重要,它们的比率是2:1,所以选用E系列中的150K、75K电阻。C4是均化电容,电容量必须根据输入信号的频率范围确定,如果容量太小,就会产生整流纹波;另一方面,输出响应也取决于C4,如果要进行快速测量,其容量也不能太大。输出是全波整流的平均值,对正弦波来说,等于峰值电压的2/π(0.636EI),应予注意。

            频率上限受OP放大器高频特性的限制,配电路可达100KHZ。

            应用注意事项

            为了加快AC-DC转换电路的输出响应,C4取得较小,如要考虑纹波,把C4去掉,在本电路的输出端加一个12DB~24DB/OCT的低通滤波器,可取得良好的效果。
            AC-DC小功率.png

            注释

            绝对值电路的频率极限

            使用OP放大器的整流电路或绝对值电路测量电平很低的信号,可以忽略二极管的正向压降,温度特性也很好,但是,由于其工作原理是利用OP放大器开环境增益极大这一特点,所以频率升高时,环路增益就会下降,使整流性能变坏。假定二极管的正向压降VF为1V,OP放大器的开环增益为A0,误差电压△E可用下式计算:△E=VF/A0

            当A0=40DB时,△E=10MV,而通用OP放大器A0=40DB时,其频率是非常低的应予注意。

            如果要提高精度,可根据上式减少VF值或选用高频时A0较大的OP放大器。

            当不要求把绝对值输出转换成直流时,会存在波形合成问题,因为标准绝对值电路是将半波整流电路的输出与输入波形相加,而OP放大器有相位滞后,两者之间存在相位差,不能很好地进行波形合成??梢圆扇∠旅娴陌旆右愿纳疲菏褂酶咚貽P放大器,减少相位滞后;在输入信号通道加电容或低通滤波器,使相位对准。

            偏置电源有几种设计方法。今天,我将介绍在 AC-DC 应用中实现偏置电源的3 种选项:线性、降压转换器或反激式转换器。

            线性偏置电源 BJT 线性电路可提供一款组件数量最少的简单偏置电源解决方案。不过,使用该方案的主要缺点是效率低。

            要使用通用 AC 输入(85VAC 至 264VAC)实现 12V/50mA 的偏置电源,需要为 R2 应用 2kΩ 的最大电阻器。即便使用串联电阻器,仍需补偿 BJT 上的损耗,在输入为 264VAC 时其可高达 5W。

            155413.png
            反激式偏置电源

            反激式转换器偏置电源是常用的偏置电源解决方案,不仅提供安全隔离,而且还能提供多个偏置输出。 由于采用一次侧稳压 (PSR) 技术,因此光耦合器和补偿电路可从反激式偏置电源中移除,同时还可保持 5% 的输出稳压。 有源钳位反激式解决方案的三大性能特色是: · 功率密度提高一倍:该芯片组可在高达1MHz的频率下实现高效运行,与目前的解决方案相比,可将尺寸缩小50%,而且功率密度更高。 · 高效率:多模态控制在满载情况下可实现高达95%的效率,待机功耗小于40mW,超过CoC Tier 2和美国能源部(DoE)VI级能效标准。对于75W以上的设计,工程师还可以将芯片组与新款6引脚功率因数校正(PFC)控制器UCC28056进行搭配。该控制器针对轻载效率和低待机功耗进行了优化,符合强制性国际电工技术委员会(IEC)61000-3-2 交流电流谐波限制规定。 · 简化设计:通过使用自适应零电压开关(ZVS)控制等功能,工程师可以通过结合电阻设置和自整定控制器,轻松设计系统。 John Stevens指出:“基于UCC28780和UCC24612芯片组实现的解决方案,能够减少50%的占用空间,在满负载情况下可以提供95%的效率?;褂幸桓鎏氐闶谴男∮?0mW,可以在全世界每一个地方都符合该地区的待机标准,现在中国也非常重视节能,这是一个很重要的性能指标?!?降压偏置电源 在电子仪表计量等特定应用中,无需隔离,而且反激式转换器中的定制变压器对于成本敏感型市场来说太贵。在这种情况下,降压转换器是实现低成本偏置电源解决方案的更好选项,因为使用的是标准电感器。此外,使用 PSR 控制器还可实现快速负载瞬态响应,因为 PSR 控制器具有逐周期电压传感特性。 对于需要低输出电压(9V 或更低)偏置电源的应用.

            AC-Dc121523.png工作在这些功率水平的AC-DC电源需要某些类型的有源功率因数校正(PFC)。将功率半导体直接焊接到PCB板上然后再粘贴到底盘上,而不是使之绝缘并把它们用螺栓固定到底盘上??悸堑饺日程牧系某杀?,整个组装成本将会下降。这也减少了电源的尺寸并减少了设备连接处温度约10摄氏度,从而可将平均无故障时间间隔大约增加一倍。对于AC-DC电源,一般把一个非隔离离线升压预转换器用作PFC级,其DC输出电压作为下游隔离DC- DC转换器的输入。

            1. 1在尽可能宽的范围上获得最大效率。

            2. 2.实现尽可能小的设计尺寸。

            3. 3.散热器的使用和尺寸最小化。


            热销品-01.jpg

             

            产品型号功能介绍兼容型号封装形式工作电压备注
            M5832M5832是支持高电压输入的同步降压电源管理芯片,在4~30V 的宽输入电压范围内可实现2.4A的连续电流输出。
            SOP-84V-30V4-30V输入5V/2.4A输出同步降压稳压器
            M5840M5840是支持高电压输入的同步降压电源管理芯片,在4~30V的宽输入电压范围内可实现2.4A的连续电流输出
            SOP-84V-30V4-30V输入2.4A输出同步降压稳压器
            M6362AM6362 是支持高电压输入的同步降压电源管理芯片,在4~30V 的宽输入电压范围内可实现3A的连续电流输出。
            SOP23-64V-30V4-30V 输入3A 输出同步降压稳压器
            M5579M5579具有2.5V至8.5V的输入电压范围,可为采用单节或两节锂电池的应用提供支持。该器件具备9A开关电流能力,并且能够提供最高9V的输出电压。
            ESOP-82.5V-8.5V内置MOS、9V、9A高效率升压转换器