如何破解您的 AC/DC 转换器 - 第二部份

假设您在电动汽车 (EV) 充电上有一个电力监控应用，其中辅助电源需要多个输入选项：三相或单相交流电，或是高压或低压直流电。此外，充电应用需要能够产生双极 (±10V) 输出电压，来为校准电流、电压传感器和放大器供电 (图 1)。


您查看制造商的数据表之后，发现具有这种特殊输入和输出电压组合的标准产品并不存在。接下来您可以做些什么？您需要开始破解您的 AC/DC。

负电压调节器并不便宜而且需要双极输出电源。是否能将单输出 AC/DC 做成双轨电源？下一个 技巧将演示如何实现。非隔离式开关稳压器和线性稳压器有相同的基本功能，而且提供多种可以引脚兼容的模块（例如 RECOM 的 R-78 系列）。然而，它们的内部结构是非常不同的。如果开关稳压器的输出接地， 其GND 引脚将被迫成为负值。结果得出的是一个正转负稳压器 (图 4).

图 4 显示一个多输出电源（+12V，可调 +1 至 +10V 和可调 -1 至 +-10V），它仅使用三个低成本主要组件。RAC05-12SK 是一款通用交流输入（85VAC 至 264VAC）的5W 板载电源，虽然尺寸仅有1”x1” 但基本无需外部组件，因为它已内置保险丝和 Class B EMI 滤波器。

可以使用两个 RPX-1.0 非隔离式 SMD 开关稳压器模块生成可调输出轨，其中一个用来设置正转负。RPX-1.0 是一款有集成电感的 DC/DC 电源模块。它可以提供出色的 1A 输出电流，但封装尺寸仅 有5mm x 3mm且高 1.6mm。因此，将 SMD 组件安装在AC/DC转换器底部 PCB 靠近其输出引脚的位置，就可以将整个多路电源内置到 1” x 1” 的板空间中 (图 5).

输出端后使用稳压器的另一个优点是即使负载极不对称，输出电压也能保持固定。双极输出 AC/DC 有两个输出电压，但如何只用一个反馈回路调节两个相反的输出电压？

通常有两种选择：一是调节正负输出电压之间的整体差，让输出变压器的公共引脚（中心抽头）浮接(图 6)，二是只调节负输出并让正输出浮接，或只调节正输出并让负输出浮接。然而如果输出负载非常不对称，例如一个输出轨满载而另一个只有 10% 的负载，那么正负输出电压也将是不对称的(表 1).

所有这些调节方法都需要平衡的负载来提供相同的输出电压。如果负载不平衡，它们之间就会有所不同。调节整体输出电压的优点是负轨和正轨的总和保持固定，而如果只是调节正输出或负输出那只能保证该电轨上的变化会较小。所以没有通用的解决方法两全其美。如果使用开关稳压器对输出进行后调节，如图 4所示，两个输出电压在所有负载组合中都保持稳定，甚至在空载/满载条件下也是如此。

在输出端使用开关稳压器还有另一个优点：它们提供恒定功率。输出电压越低，输出电流越大。如果在图 4的示例中，稳压输出调整至 ±3.3V，那么只要总负载小于 5W，单个电源轨的最大输出电流可高达 1.5A。这远高于 AC/DC 的标称 416mA 输出电流。这点很有用因为大多数的多轨应用的其中一个电轨需要比其他更多的功率（主负载 + 辅助负载），但使用开关稳压器时就没问题。例如在图 4 中，在所有输出电压都经过严格调节的情况下 +12V @ 0.1A、+3.3V @ 1A 和 -3.3V @ -0.15A是可能的。到目前为止，我们只考虑过如何延伸应用 AC/DC 模块的输出，但如果我们想使用替代电源的话呢？ 这就来到了技巧 #3。

在一些特定的现场应用中需要同时使用 AC 和 DC 电池电源，或者其中一个。如图 7所示，如果有一个外部直流电源连接到关闭的 AC/DC 转换器的输出端，输出二极管 Dout 将阻止外部电流回到变压器的输出绕组。然而分流稳压器 IC1 仍在电路之中。如果外部电压超过并联稳压器的设定点，它将导通并开始通过光耦合器 LED 馈送电流。

由于 AC/DC 转换器并未启动，因此没有机制可以控制光耦合器的电流，这种情况下光电 LED 很容易烧坏。因此并不建议在 AC/DC 转换器的输出端直接连接外部电压。解决方案可以考虑使用两个 OR-ing 二极管来引导较高的电源电压用于后端应用，而不让两个电源相互影响 (图 8).

虽然这种技巧很简单但是有两个很大的缺点。第一个是输出电压总是比电源电压低一个二极管的压降。第二个是随着电流负载的增加，二极管的功耗会变得很大（在图 8所示的示例中是 3.5W）。这意味着需要较大功率且昂贵的二极管，同时可能还要额外的散热。此外，二极管 D2 浪费的功率也会损害电池寿命。更好的方法是使用一个理想二极管 IC，例如德州仪器 (Texas Instruments) 的 LM71300，因为它集成了 FET可以实现非常紧凑的解决方案(图 9)。

这个解决方案还有另一个优势：欠压锁定 (UVLO) 的功能可以保护电池免受深度放电的影响，同时 dVdt 控制能保护应用免受电池的高浪涌电流的影响。此外，Imon 输出可以用来监控两个电源的负载电流。