通过前面的分析可知采用可变R的钳位电路对于提升轻载效率有很大帮助,但恒压TVS管存在成本高及低压效率低等缺点。
首先解决成本问题,参考TL431芯片的结构特点设计一个匹配功率电阻的“单管”可调稳压电路,用功率电阻R去承担大部分能量消耗从而降低稳压管的成本,见下图可调稳压器的内部电路:
图3-1 高耐压可调稳压器及封装
这种可调稳压器连入电路的方式如下:
图3-2 可调稳压钳位与TVS钳位对比
钳位电压的设计方法如下:
在图3-2(a)中外接电阻Rs用来设置钳位电压,外接电阻Rp为功率电阻主要承担能量消耗。
用下面的等效电路对功耗分配进行分析:
图3-3 归一化功率分析
采用归一化处理后可知三极管的最大功耗发生在Rz=Rp处,此时三极管上的功耗为最大功耗的1/4初步达到了降稳压管成本的目的。
鉴于这种方法在半导体器件上任需承担1/4的功耗故又提出PWM钳位方式,控制电路如下:
图3-4 采用滞回比较功能的钳位电路
这种方案的思路是利用滞回比较功能将钳位电压控制在VzH和VzL之间,这时三极管只工作在开关状态大大降低了半导体器件的功耗及成本。
滞回比较功能可以有多种方式形成,这里的电路只提供一个参考。图3-4的设计公式如下:
设参数VzH=160V,VzL=140V分别得到下面低压、高压输入时的仿真波形。
图3-5 低压、高压输入时的仿真波形
另外可以通过修改钳位电压波动量(△V)或钳位电容大小来使PWM钳位电路的工作频率低于电源的开关频率,进一步降低半导体器件的功耗。
图3-6 低于开关频率的PWM钳位波形
上图VzH=180V,VzL=140V,如图所示钳位电路的开关周期要大于电源的开关周期,并且随着输出功率的降低钳位电路的开关周期会更长。