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采用导通角技术的低功耗、低成本脱机高压电源开关稳压器
来源：东方嘉仪 www.3017.cn 点击：
今天在家用电器和其它由交流电供给负载的应用技术中传统的凸轮开关、限位开关和其它电气机械器件正在不断地被淘汰取而代之的是电子控制器。一般情况下这种控制器是基于低成本微控制器需要由5V的电源供给。目前在市场上低电流5V电源稳压器的产品很多但是大多数控制器却要求先将交流电压转换成电压较低的直流电压然后再把直流电压调节至5V。
ST最近推出的VB409稳压器其设计可以和整流后的110/230Vrms交流电直接相连供给输出电压稳定在5V±5%内部输出电流限制在80mA。目前能够和整流后的交流电直接相连的其它品牌的高压线性稳压器产品很多但是基于导通角限制技术的VB409通过采用一种控制器技术可以大幅度提高器件效率和电源能力。VB409输出电流是标准高压线性稳压器的3倍因此特别适用于低成本、低功耗的应用领域如洗衣机、中央供热、功率计量等不需要电流绝缘的类似应用技术。VB409效率高内部功耗低封装可以采用表面贴装技术的PowerSO10(TM)也可以采用通孔安装技术的PENTAWATT HV（高压版）。
制造工艺和导通角控制技术是VB409的两个主要特色。这个器件采用ST公司开发的VIPower M1的智能电源专利技术制造除此之外ST还有多“垂直智能电源”技术在这项技术中一个高强度双极或DMOS垂直电源级(电流像在分立功率晶体管里一样直流体硅片）配合芯片上模拟和数字电路提供控制、诊断和保护功能。
此项技术早在上个世纪90年代就开始大规模投入生产了，在汽车领域得到广泛应用。汽车与家用电器相比应用环境更加恶劣从而证明了该技术的可靠性除本身内在的可靠性外VB409对外围元件的数量需求也减少了从而进一步提高了系统的整体可靠性。
VB409的第二个特色是它所采用的把整流后的交流电输入电压转变成 5V 输出电压的技法。内部功耗决定了在没有散热器的情况下能够供给的最大电流或者供给一个规定的输出电流所要求的散热器的大小（相应的成本）因此这是人们在设计各种稳压器时要关注的一个重要问题。在脱机稳压器技术中输入是交流电源电压而输出电压却很低只有几伏输入输出之间的巨大差压意味着效率特别重要。
如图1所示，水下超声波测厚仪VB409有两个分开的级分别和一个用于存储电能的外电容器相连。第一级是一个预稳压器它负责把整流后的高压电源降至低压同时向电容器充电。电容器在每个交流电源周期中存储电能然后给第二级的低压线性稳压器供电。
预稳压器采用一个双极“Trilinton”无源器件和三个比较器。第一个比较器负责测量集成化电阻器上的电压执行内部电流限制功能；第二个比较器负责整流后的电源输入的分压（由外部电阻分压器决定）和预设的基准电压对比第三个负责检测电容器上的电压。当电阻分压器的中间点上的电压低于门限值（如：导通角小于切断值）时内部限制电流给电容器充电。电容器上电压达到内部最大固定值后第三个比较器立即动作把电流限制至负载要求。当导通角限制达到后输入电压级被切换成高阻抗状态停止从电源吸收电能。因VB409只在每个正周期的低压部分时从电源吸取电能所以，与连续从电源上汲取电能的拓扑技术相比第一级的功耗降低幅度很大图2。
当然为了保证VB409的正确操作外部电容器在充电期间被充电量必须充足能够在脱机时向第二级供给。为确保第二级在输出电流最大值时的功能性选择电容器值时电容器上电压必须大于额定最小值即输出电压与第二级上的最小电压降之和。重要参数包括外部电容器的电容和电阻分压器的变比这种拓扑结构允许设计人员利用外电容器的容量和成本解决功耗问题（散热器的体积和成本）。
外部电容器的预稳压器最大值为16V（典型值）这一预稳压还能向对稳压没有过高要求的第二负载（如继电器）供给由此可见VB409还可以叫做双输出端稳压器。
在线性稳压器中对于一个规定的输出电压内部功耗是平均输入电压的函数：Pdiss = Iout(Vin - Vout)其中Vin表示平均输入电压在交流电源的一个完整周期上的平均值。对于VB409来说只要超过预设的导通角时（对于电流周期的多数部分）输入电流微乎其微因此功耗也相应地大幅度降低。
例如当平均输入电压为175V (相当于230V欧洲电网电源)输出电流25mA时使用标准稳压器时内部功耗应为(175-5)x0.025 约等于4.4W。使用一个VB409、一个外部100uF电容器和能够保证正确操作的电阻分压器变比时内部功耗测量结果仅为0.9W 比正常值的四分之一还要低！
电感器与输出端管脚串联如图3所示可进一步降低VB409的功耗。
串联电感从电源上去掉电源开关耦合允许开关在接通状态下在饱和区域工作。通过使用这种配置与没有安装电感器的标准拓扑结构相比功耗降低25% 。二极管D为存储在电感器内的电能创建一个放电通道限制在关断状态时器件上出现过压。
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