线性稳压器危机四伏

技术分类: 电源技术  | 2006-01-10
David Marsh,EDN特约技术编辑

有限伤害的运动”,言外之意是设计师可以继续期待法规能迫使实行能效标准。

附文:剖析-价格上他们是如何做的?

  为与 EDN 最新的“剖析”栏目保持一致,剖析其他设计师的成果总是很有启发性,也很有趣,这样可以看到他们实现自己目标的方法。以下,让我们看看那些最低成本市场上的各类电源。

RC 降压电路来自一个直接插入230V、50 Hz插座上的夜光灯

用一只晶体管和一只电阻器将3A峰值电流限制一个足够的时间,使 SR03x 有时间得到导通元件的控制

  图 A 中的RC 降压电路来自一个直接插入230V、50 Hz插座上的夜光灯,它证明了那些真正对成本敏感的设计所使用的一些技术。元件R1和C1为桥式整流器馈送约9VAC电压,为带有一条未经过滤的线路的控制部分提供约7.5V电压(AC+DC、无负载)。标称为 X 级的安全电容器C2与熔丝电阻器R1一起提供初级浪涌保护,而R2和R3则确保电容器的安全放电路径。用户在从墙上插座拔下电源时,经常会不小心碰触到管脚而发生由于泄漏电流导致的刺痛问题,提供放电路径就可以避免出现这种情况。

  齐纳管将Q2的集电极初始直流电压箝位到一个安全值,为琥珀色LED提供电流,即Osram PowerTOPLED,它能承受2.2V典型正向电压下的70 mA 连续电流。固定值的 R5 和光敏电阻R6构成一个阻性

分压器,其比率随环境光的强度而变化,对Q1的导通作调制,这样Q2改变进入LED的电流,从零至27 mA。整个电路负荷在LED熄灭时为38.54 mA电流,而在全亮时为38.64 mA。假定为LED提供能量是电路的目的,那么在消耗约9W时效率只有糟糕的0.26%,功率因数只有0.14,这是RC降压方案固有的低性能结果,但这对此类低功耗电源并不重要,因为最终产品在零售商货架上只卖不到4欧元。

  如正文中所说,Supertex 的SR03x芯片能与RC降压电路竞争。那么它们能实现什么性能?通过对SR036-DB2演示板的测量显示,在无负载时电流为3.93 mA,功率因数为 0.25,电压为3.35V和17.4V。可惜,下次上电时演示板却没有这种性能了,而且原因无法立即查明。但一个技术公告板上有篇“SR03x上电浪涌保护”解释了这一现象,当在 230VAC 电源的正弦波峰值处起动设备时,经常会发生这种故障。然后IGBT或MOSFET 的栅源寄生电容会将电荷注入器件栅极,使之难以接通输出存储电容器,即刻出现短路,从而损害了导通元件和芯片。解决方法是用一只晶体管和一只电阻器将3A峰值电流限制一个足够的时间,使 SR03x 有时间得到导通元件的控制,即图 2 中虚线区所示。

  这种情况提醒我们,与交流线路电压打交道不是儿戏,即使是功率不大的场合。它还特别提醒采用隔离变压器和变容二极管的倾向,因它们会在接通时产生很强的反电势反射进供电的设备。演示板说明警告说不要使用任何这类变压器,它们的“大电感会干扰SR036 的正常运行”,这是用户在规范所有测试达到230V时很容易漏掉的问题。但在其他情况下,这也意味着变压器潜在的有损电压反射作为一个原始的瞬态发生器用于评估浪涌保护措施的效果方面可能很有用。

  对230V、50Hz输入的第二组直接测量表明,SR036 的无负载输入电流为5.1 mA,功率因数为0.3,或约1.2W 和5VA。无负载电压为3.38V,并有1V峰峰值的50 Hz纹波,在16.48V 时有大约750 mV 的线路频率突破。电路作为低频调制器确保没有可感知的高频能量。当稳压输出为20mA时,整体耗电增加到25mA,而输出掉至3.35V、750mV功耗,表明检测电路也可以通过进一步过滤而获益。在未稳压输出端接一个25mA负载会再增加5mA的交流线路电流需求,同时未稳压输出降至11.6V,包括1V峰峰值的100 Hz锯齿波。这些负载条件经过20℃环境下的稳定之后,SR036的表面温度上升至48℃,它有散热金属片封装,和两块面积14mm×6.5mm的印制电路板作为散热片,而GN2470的双侧 16mm×34mm散热片则能将其外壳温度限制在21℃。这些结果显示,SR03x具有优于RC降压器的性能,很容易进行设计,成本在小批量时约为1.40欧元,只占数平方厘米的电路板空间。

  以今天的观点,降低成本的关键是使用一只晶体管替换一片IC。

参考文献

  Eggers, T and Nick Ham, "Philips 51LPC microcontrollers & triacs easily connected," AN467-1, pg 9,
www.semiconductors.philips.com.
  Marsh, David, "Power control-winning big," EDN Europe, May 2004, pg 22.
  Israelsohn, Joshua, "Politically correct power," EDN,
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