低成本交流電源

以下應(yīng)用筆記討論了采用交流電源實(shí)現(xiàn)3V、3.3V或5V邏輯電源的低成本解決方案。它使用MAX6330并聯(lián)穩(wěn)壓器，可提供高達(dá)50mA的電流，并提供復(fù)位輸出（上電復(fù)位，POR）。

人們通常需要低成本邏輯電源來(lái)為“白色家電”產(chǎn)品（如工業(yè)控制器和傳感器）中的MCU和相關(guān)控制電路供電。這些應(yīng)用通常包括 24VAC、115VAC 或更高級(jí)別的交流電源，用于轉(zhuǎn)換為 3.3V 或 5.0V。（以下電路適合包括24VAC的應(yīng)用。通過(guò)適當(dāng)?shù)陌踩A(yù)防措施，它也可以應(yīng)用于雙絕緣白色家電和其他需要邏輯電源進(jìn)行控制或監(jiān)控功能的產(chǎn)品。

從交流電源產(chǎn)生低電流邏輯電平的最簡(jiǎn)單方法是將整流和濾波的交流輸入施加到高輸入電壓線性穩(wěn)壓器。但是，即使負(fù)載電流適中，穩(wěn)壓器的功耗也可能相當(dāng)大。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的并聯(lián)穩(wěn)壓器也會(huì)消耗限幅電阻中的顯著功率。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器可將功耗降至最低，但對(duì)于成本敏感型設(shè)計(jì)而言，這種類(lèi)型可能不實(shí)用。

作為替代方案，考慮采用交流耦合方法來(lái)降低線性或并聯(lián)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)中的功耗。要將能量傳輸?shù)焦β蕮p耗可忽略不計(jì)的穩(wěn)壓器，請(qǐng)將耦合電容與包含并聯(lián)穩(wěn)壓器和上電復(fù)位的IC結(jié)合使用（圖1）。IC50在3.0V、3.3V和5.0V并聯(lián)電壓版本中具有1mA的最大輸出電流能力，還包括上電復(fù)位（POR）功能。由于IC1是有源分流器（相對(duì)于無(wú)源齊納二極管），因此必須在施加交流電壓之前對(duì)其進(jìn)行整流。通常，電容器跟隨整流器，在關(guān)斷周期內(nèi)保持電荷。如圖所示，使用簡(jiǎn)單的半波整流器來(lái)節(jié)省成本。

圖1.這款 SOT23 IC 采用低成本外部元件，提供上電復(fù)位和高效邏輯顯示的低成本組合。

C1是傳輸電容器，C2存儲(chǔ)能量。D1充當(dāng)半波整流器，D2在負(fù)循環(huán)期間對(duì)傳輸電容放電。R1 限制 C1 放電期間和高壓瞬態(tài)測(cè)試期間（如果適用）的浪涌電流。

一些簡(jiǎn)化有助于估算可用輸出電流。假設(shè)二極管中的正向壓降為零，IC穩(wěn)壓器中的分流電壓為零。例如，使用60VRMS幅度（Vpeak = 24.33V）的94Hz正弦輸入，您可以按如下方式計(jì)算：

C1中的峰值電流為

Ipeak（C1） = C1（dVs/dt） = C1[Vpeak（dsin（ωt）/dt）] = C1[ωVpeakcos（ωt）]

= C1ωVpeak.

因此，當(dāng)C1 = 3.0μF，ω= 377.1弧度/秒，V峰值= 33.9V時(shí)，

峰值 = 38.4mA。

C1 中的有效值充電電流 （Irms） 為

因此，對(duì)于T = 16.7ms，Irms = 19.1mA。

通過(guò)調(diào)整C1的值，可以將峰值電流水平限制在MAX6330并聯(lián)電流的最大水平（50mA），同時(shí)實(shí)現(xiàn)20mA左右的輸出。C1的額定電壓應(yīng)能夠承受最大輸入電壓。

由于峰值電流限制在Ipeak以?xún)?nèi)，因此幾乎任何小信號(hào)二極管都可以用作半波整流器（D1）。D2在循環(huán)的負(fù)部分放電C1。D2的額定電流取決于V峰值和浪涌限制電阻R50的選定值（1Ω）。D1和D2處的最大反向電壓為（Vshunt + Vdiode）。

C2充當(dāng)存儲(chǔ)電容器，在周期的負(fù)部分保持負(fù)載電流。要計(jì)算其值，請(qǐng)使用基于允許紋波電壓水平 （Vripple） 的以下近似值：

C2 = （加載 × T/2）/Vripple。

當(dāng)電壓波 = 150mV、T/2 = 8.3 毫秒且負(fù)載 = 10mA 時(shí)，

C2 = 550μF。

審核編輯：郭婷