通過(guò)前面的分析可知采用可變R的鉗位電路對(duì)于提升輕載效率有很大幫助,但恒壓TVS管存在成本高及低壓效率低等缺點(diǎn)。
首先解決成本問(wèn)題,參考TL431芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)一個(gè)匹配功率電阻的“單管”可調(diào)穩(wěn)壓電路,用功率電阻R去承擔(dān)大部分能量消耗從而降低穩(wěn)壓管的成本,見(jiàn)下圖可調(diào)穩(wěn)壓器的內(nèi)部電路:
圖3-1 高耐壓可調(diào)穩(wěn)壓器及封裝
這種可調(diào)穩(wěn)壓器連入電路的方式如下:
圖3-2 可調(diào)穩(wěn)壓鉗位與TVS鉗位對(duì)比
鉗位電壓的設(shè)計(jì)方法如下:
在圖3-2(a)中外接電阻Rs用來(lái)設(shè)置鉗位電壓,外接電阻Rp為功率電阻主要承擔(dān)能量消耗。
用下面的等效電路對(duì)功耗分配進(jìn)行分析:
圖3-3 歸一化功率分析
采用歸一化處理后可知三極管的最大功耗發(fā)生在Rz=Rp處,此時(shí)三極管上的功耗為最大功耗的1/4初步達(dá)到了降穩(wěn)壓管成本的目的。
鑒于這種方法在半導(dǎo)體器件上任需承擔(dān)1/4的功耗故又提出PWM鉗位方式,控制電路如下:
圖3-4 采用滯回比較功能的鉗位電路
這種方案的思路是利用滯回比較功能將鉗位電壓控制在VzH和VzL之間,這時(shí)三極管只工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)大大降低了半導(dǎo)體器件的功耗及成本。
滯回比較功能可以有多種方式形成,這里的電路只提供一個(gè)參考。圖3-4的設(shè)計(jì)公式如下:
設(shè)參數(shù)VzH=160V,VzL=140V分別得到下面低壓、高壓輸入時(shí)的仿真波形。
圖3-5 低壓、高壓輸入時(shí)的仿真波形
另外可以通過(guò)修改鉗位電壓波動(dòng)量(△V)或鉗位電容大小來(lái)使PWM鉗位電路的工作頻率低于電源的開(kāi)關(guān)頻率,進(jìn)一步降低半導(dǎo)體器件的功耗。
圖3-6 低于開(kāi)關(guān)頻率的PWM鉗位波形
上圖VzH=180V,VzL=140V,如圖所示鉗位電路的開(kāi)關(guān)周期要大于電源的開(kāi)關(guān)周期,并且隨著輸出功率的降低鉗位電路的開(kāi)關(guān)周期會(huì)更長(zhǎng)。