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資訊技術
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AC-DC應用中實現偏置電源的原理與方案
發表于:2019-02-28

AC-DC應用中實現偏置電源的原理與方案

偏置電源在電源中很重要。在電源內部,需要偏置電源給 IC 加電。在電源外部,可能需要偏置電源給系統中的 MCU 和/或其它局部電源加電。 很多低電壓 IC(額定電壓小于 100V DC)都將偏置電源集成到該 IC 內部。不過,對于 AC-DC 電源而言事情會變得更加復雜,因為現在需要處理高很多的輸入電壓。由二極管構成的整流電路,用來測量交流信號電壓或把交流信號轉換為直流信號時,其線性和精度均不理想。本電路使用了由OP放大器構成的絕對值電路,因為它由均化電容轉換成輸入信號的平均值,所以輸入電壓很小時,也能獲得高精度。測量正弦波電壓可以用其平均值表示,但測量脈沖波形用平均值則很難測得其很效值。

1551335948586467.png電路工作原理

OP放大器A1是放大倍數為10的AC放大器,需要多大的放大倍數,取決于輸入信號的大小,放大倍數A可用A=1+(R3/R2)公式計算。A1的低頻FL約為1.6HZ(FZ=1/2πC1.R2≈1.6),C1、C3也與低頻有關。其容量均為10UF,因為用兩個電容串聯,所以總容量為5UF,它的FL約為0.5HZ。OP放大器A2、A3是標準的絕對值電路。A2是負輸出半波整流電路,其輸出與輸入信號進行加法運算進行全波整流。加法電阻R6和R7的比例很重要,它們的比率是2:1,所以選用E系列中的150K、75K電阻。C4是均化電容,電容量必須根據輸入信號的頻率范圍確定,如果容量太小,就會產生整流紋波;另一方面,輸出響應也取決于C4,如果要進行快速測量,其容量也不能太大。輸出是全波整流的平均值,對正弦波來說,等于峰值電壓的2/π(0.636EI),應予注意。

頻率上限受OP放大器高頻特性的限制,配電路可達100KHZ。

應用注意事項

為了加快AC-DC轉換電路的輸出響應,C4取得較小,如要考慮紋波,把C4去掉,在本電路的輸出端加一個12DB~24DB/OCT的低通濾波器,可取得良好的效果。
AC-DC小功率.png

注釋

絕對值電路的頻率極限

使用OP放大器的整流電路或絕對值電路測量電平很低的信號,可以忽略二極管的正向壓降,溫度特性也很好,但是,由于其工作原理是利用OP放大器開環境增益極大這一特點,所以頻率升高時,環路增益就會下降,使整流性能變壞。假定二極管的正向壓降VF為1V,OP放大器的開環增益為A0,誤差電壓△E可用下式計算:△E=VF/A0

當A0=40DB時,△E=10MV,而通用OP放大器A0=40DB時,其頻率是非常低的應予注意。

如果要提高精度,可根據上式減少VF值或選用高頻時A0較大的OP放大器。

當不要求把絕對值輸出轉換成直流時,會存在波形合成問題,因為標準絕對值電路是將半波整流電路的輸出與輸入波形相加,而OP放大器有相位滯后,兩者之間存在相位差,不能很好地進行波形合成??梢圆扇∠旅娴霓k法加以改善:使用高速OP放大器,減少相位滯后;在輸入信號通道加電容或低通濾波器,使相位對準。

偏置電源有幾種設計方法。今天,我將介紹在 AC-DC 應用中實現偏置電源的3 種選項:線性、降壓轉換器或反激式轉換器。

線性偏置電源 BJT 線性電路可提供一款組件數量最少的簡單偏置電源解決方案。不過,使用該方案的主要缺點是效率低。

要使用通用 AC 輸入(85VAC 至 264VAC)實現 12V/50mA 的偏置電源,需要為 R2 應用 2kΩ 的最大電阻器。即便使用串聯電阻器,仍需補償 BJT 上的損耗,在輸入為 264VAC 時其可高達 5W。

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反激式偏置電源

反激式轉換器偏置電源是常用的偏置電源解決方案,不僅提供安全隔離,而且還能提供多個偏置輸出。 由于采用一次側穩壓 (PSR) 技術,因此光耦合器和補償電路可從反激式偏置電源中移除,同時還可保持 5% 的輸出穩壓。 有源鉗位反激式解決方案的三大性能特色是: · 功率密度提高一倍:該芯片組可在高達1MHz的頻率下實現高效運行,與目前的解決方案相比,可將尺寸縮小50%,而且功率密度更高。 · 高效率:多模態控制在滿載情況下可實現高達95%的效率,待機功耗小于40mW,超過CoC Tier 2和美國能源部(DoE)VI級能效標準。對于75W以上的設計,工程師還可以將芯片組與新款6引腳功率因數校正(PFC)控制器UCC28056進行搭配。該控制器針對輕載效率和低待機功耗進行了優化,符合強制性國際電工技術委員會(IEC)61000-3-2 交流電流諧波限制規定。 · 簡化設計:通過使用自適應零電壓開關(ZVS)控制等功能,工程師可以通過結合電阻設置和自整定控制器,輕松設計系統。 John Stevens指出:“基于UCC28780和UCC24612芯片組實現的解決方案,能夠減少50%的占用空間,在滿負載情況下可以提供95%的效率。還有一個特點是待機功耗小于40mW,可以在全世界每一個地方都符合該地區的待機標準,現在中國也非常重視節能,這是一個很重要的性能指標?!?降壓偏置電源 在電子儀表計量等特定應用中,無需隔離,而且反激式轉換器中的定制變壓器對于成本敏感型市場來說太貴。在這種情況下,降壓轉換器是實現低成本偏置電源解決方案的更好選項,因為使用的是標準電感器。此外,使用 PSR 控制器還可實現快速負載瞬態響應,因為 PSR 控制器具有逐周期電壓傳感特性。 對于需要低輸出電壓(9V 或更低)偏置電源的應用.

AC-Dc121523.png工作在這些功率水平的AC-DC電源需要某些類型的有源功率因數校正(PFC)。將功率半導體直接焊接到PCB板上然后再粘貼到底盤上,而不是使之絕緣并把它們用螺栓固定到底盤上??紤]到熱粘貼材料的成本,整個組裝成本將會下降。這也減少了電源的尺寸并減少了設備連接處溫度約10攝氏度,從而可將平均無故障時間間隔大約增加一倍。對于AC-DC電源,一般把一個非隔離離線升壓預轉換器用作PFC級,其DC輸出電壓作為下游隔離DC- DC轉換器的輸入。

  1. 1在盡可能寬的范圍上獲得最大效率。

  2. 2.實現盡可能小的設計尺寸。

  3. 3.散熱器的使用和尺寸最小化。


熱銷品-01.jpg

 

產品型號功能介紹兼容型號封裝形式工作電壓備注
M5832M5832是支持高電壓輸入的同步降壓電源管理芯片,在4~30V 的寬輸入電壓范圍內可實現2.4A的連續電流輸出。
SOP-84V-30V4-30V輸入5V/2.4A輸出同步降壓穩壓器
M5840M5840是支持高電壓輸入的同步降壓電源管理芯片,在4~30V的寬輸入電壓范圍內可實現2.4A的連續電流輸出
SOP-84V-30V4-30V輸入2.4A輸出同步降壓穩壓器
M6362AM6362 是支持高電壓輸入的同步降壓電源管理芯片,在4~30V 的寬輸入電壓范圍內可實現3A的連續電流輸出。
SOP23-64V-30V4-30V 輸入3A 輸出同步降壓穩壓器
M5579M5579具有2.5V至8.5V的輸入電壓范圍,可為采用單節或兩節鋰電池的應用提供支持。該器件具備9A開關電流能力,并且能夠提供最高9V的輸出電壓。
ESOP-82.5V-8.5V內置MOS、9V、9A高效率升壓轉換器


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