探究電壓較高的電源獲取較低直流電壓的方法

78XX系列穩(wěn)壓器(DC /DC)是電子產(chǎn)品中廣泛采用的三端穩(wěn)壓器。對(duì)于較復(fù)雜的電路，各個(gè)模塊電路有時(shí)候需要不同的電源電壓來(lái)分別提供能量。遇到這種情況，如果只用一組單輸出變壓器產(chǎn)生一種電壓，經(jīng)過(guò)整流后，往往不能合理滿足后級(jí)各DC /DC模塊的使用要求。因?yàn)?，不同?shù)值的DC /DC模塊的輸入電壓范圍是有一定要求的，如果輸入到DC /DC模塊的電壓不滿足規(guī)定要求(例如：輸入電壓超過(guò)規(guī)定范圍) ,往往會(huì)造成轉(zhuǎn)換效率過(guò)低，甚至?xí)驗(yàn)楣倪^(guò)大而燒壞DC /DC模塊[ 1 ] 。遇到這種情況，通常采用方法是：

1)分別采用不同的降壓變壓器，產(chǎn)生出適合后級(jí)各DC /DC模塊所需的交流電壓，然后分別整流、穩(wěn)壓。從而產(chǎn)生各模塊電路所需的直流電源電壓;

2)采用次級(jí)多抽頭的降壓變壓器，產(chǎn)生出適合后級(jí)DC /DC模塊所需的交流電壓，然后分別整流、穩(wěn)壓。

這兩種方法雖然可行，但如果作為產(chǎn)品生產(chǎn)來(lái)講，就顯得不太合理。因?yàn)?，?duì)生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，不單要考慮產(chǎn)品性能，同時(shí)要考慮價(jià)格和生產(chǎn)的可操作性(生產(chǎn)工藝) 。也就是要考慮產(chǎn)品的性能價(jià)格比。性價(jià)比越高，其市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力就越強(qiáng)。

對(duì)于第一種方法，如果后級(jí)電路需要兩種直流電源電壓，例如5V、12V,分別用7805和7812來(lái)穩(wěn)壓的話，那么就需要兩個(gè)電源變壓器、兩級(jí)整流電路。這樣做勢(shì)必增加材料成本、生產(chǎn)成本等，同時(shí)會(huì)增大線路板面積和產(chǎn)品的體積。

對(duì)于第二種方法，如果后級(jí)電路需要兩種直流電源電壓，例如5V、12V,分別用7805和7812來(lái)穩(wěn)壓的話，則要求電源變壓器的次級(jí)至少有三個(gè)抽頭，分別產(chǎn)生出兩種適合7805和7812需求的交流電壓，然后分別經(jīng)過(guò)兩級(jí)整流、穩(wěn)壓。這樣的電源變壓器市場(chǎng)上很少銷售，而且價(jià)格很高，對(duì)產(chǎn)品的性價(jià)比也不利。如果后級(jí)電路需要的電源種類再增加，這些缺點(diǎn)會(huì)更加突出。

下面介紹一種既不增加成本又能滿足電性能要求的電路。這種電路可以實(shí)現(xiàn)從較高的電源電壓獲取較低的直流電壓，轉(zhuǎn)換效率高，而不會(huì)因?yàn)镈C /DC的輸入電壓超過(guò)規(guī)定范圍而燒壞。因此，只需一個(gè)次級(jí)為雙抽頭的降壓變壓器，經(jīng)過(guò)整流，然后供給不同的DC /DC模塊，就可以產(chǎn)生出不同的直流電源電壓。

1　傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電路

上圖　傳統(tǒng)的7805穩(wěn)壓電路

上圖為由7805構(gòu)成常用電路[ 2 ] 。只需外接兩個(gè)電容即可，電路簡(jiǎn)單適用。輸入電壓通常在7. 5～12V時(shí)轉(zhuǎn)換效率較高，不用增加散熱片。但是如果輸入電壓較高，會(huì)因?yàn)殡娏鬟^(guò)大而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率降低，甚至?xí)龎姆€(wěn)壓芯片。如果對(duì)該電路稍作改進(jìn)，就可以滿足在較高輸入電壓時(shí)仍能高效率輸出穩(wěn)定的5V電壓而不會(huì)燒壞芯片。

2 改進(jìn)后的穩(wěn)壓電路

如果使用圖1中的電路，那么您不用求助于電噪聲很大的DC/DC轉(zhuǎn)換器，也不必在降壓電阻器中浪費(fèi)功率，就能從電壓較高并經(jīng)整流的正弦電壓源獲得5VDC等很低的穩(wěn)定電壓。該應(yīng)用需要一個(gè)穩(wěn)定的5VDC源，但是變壓器向全波橋式整流器供應(yīng)18Vrms。在充電階段，兩個(gè)等值電解電容器C1和C2在通過(guò)正向偏置二極管D1和D2串聯(lián)時(shí)，會(huì)接收充電電流。一個(gè)增強(qiáng)型P溝道MOSFET晶體管Q1，型號(hào)為 IRF9530，其柵極接收了由于齊納二極管D4的正向電壓降因而略微為正值的反向柵極偏置電壓，因此保持?jǐn)嚅_(kāi)。每個(gè)電容器均充到大約為整流電壓峰值的一半與D1和D2帶來(lái)的正向電壓降之間的差值。全波橋式整流器D5，即Graetz橋，產(chǎn)生了這些電壓降(參考文獻(xiàn)1)。

當(dāng)放電階段開(kāi)始時(shí)，D1獲得反向偏置，而電容器C2則通過(guò)穩(wěn)壓器IC1帶來(lái)的負(fù)載放電。隨后，二極管D1的陽(yáng)極電壓繼續(xù)下降，Q1的柵極至源極電壓變?yōu)樨?fù)，并且晶體管導(dǎo)通，使C1能通過(guò)正向偏置二極管D3向負(fù)載放電。事實(shí)上，兩個(gè)電容器串聯(lián)充電，并且向負(fù)載并聯(lián)放電，從而把IC1輸入端的原始整流電壓和紋波電壓降低了一半。在C1放電期間，齊納二極管D4把Q1的柵極至源極電壓箝位在其最高額定值范圍內(nèi)，由此來(lái)保護(hù)Q1。

為了正常運(yùn)行，該電路需要最低負(fù)載電流，穩(wěn)壓器的靜態(tài)耗電電流通常夠用。另外，電容器C2一直充到來(lái)自D5的峰值電壓。C1和C2的值以及其余元件的額定值取決于要求的最高負(fù)載電流。電阻器R1和R2的值并不關(guān)鍵。請(qǐng)注意Q1充當(dāng)開(kāi)關(guān);選擇某種導(dǎo)通電阻很低的器件就能限制Q1的功率耗散。

3　結(jié)束語(yǔ)

采用改進(jìn)后的電路為后級(jí)電路供電，只需要一個(gè)電源變壓器即可，通過(guò)不同的DC /DC變換電路，不僅能滿足后級(jí)各模塊電路供電電壓要求，也不會(huì)對(duì)器件的安全性產(chǎn)生威脅。同時(shí)節(jié)省了線路板面積，提高了安裝工藝。