通過前面的分析可知采用可變R的鉗位電路對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。
首先解決成本問題,參考TL431芯片的結構特點設計一個匹配功率電阻的“單管”可調穩壓電路,用功率電阻R去承擔大部分能量消耗從而降低穩壓管的成本,見下圖可調穩壓器的內部電路:
圖3-1 高耐壓可調穩壓器及封裝
這種可調穩壓器連入電路的方式如下:
圖3-2 可調穩壓鉗位與TVS鉗位對比
鉗位電壓的設計方法如下:
在圖3-2(a)中外接電阻Rs用來設置鉗位電壓,外接電阻Rp為功率電阻主要承擔能量消耗。
用下面的等效電路對功耗分配進行分析:
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生在Rz=Rp處,此時三極管上的功耗為最大功耗的1/4初步達到了降穩壓管成本的目的。
鑒于這種方法在半導體器件上任需承擔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,這時三極管只工作在開關狀態大大降低了半導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參考。圖3-4的設計公式如下:
設參數VzH=160V,VzL=140V分別得到下面低壓、高壓輸入時的仿真波形。
圖3-5 低壓、高壓輸入時的仿真波形
另外可以通過修改鉗位電壓波動量(△V)或鉗位電容大小來使PWM鉗位電路的工作頻率低于電源的開關頻率,進一步降低半導體器件的功耗。
圖3-6 低于開關頻率的PWM鉗位波形
上圖VzH=180V,VzL=140V,如圖所示鉗位電路的開關周期要大于電源的開關周期,并且隨著輸出功率的降低鉗位電路的開關周期會更長。