作者：德州儀器MarkSellers

在創(chuàng)建工業(yè)電源時，最常見的一個挑戰(zhàn)是將交流電壓電源轉換為直流電壓電源。幾乎所有應用都需要將交流電壓改為直流電壓，從為手機充電到為微波爐的微控制器供電都是如此。通常來講，通過使用變壓器和整流器進行這種轉換，如圖1所示。在該電路中，通過變壓器降壓（一倍于變壓器初級和次級線圈匝數比）。

圖1：使用變壓器和LDO簡化AC到DC轉換

磁解決方案有幾個缺點。您可能知道變壓器通過將磁通量轉換為電流來工作。由于這種轉換，變壓器會產生大量電磁干擾（EMI）。變壓器的輸出電壓也極其嘈雜，需要大電容來濾除噪聲。對于低功率應用，可使用更簡單且成本有效的方法來消除磁性元件。如同兩個電阻器如何形成一個分壓器一樣，您可使用電容器來產生交流阻抗（電抗），其在電壓到達電源之前降低電壓。這種配置通常稱為電容壓降解決方案。

當負載未接通時，基本的電容器壓降解決方案需要穩(wěn)壓二極管吸收應用所需的電流。該穩(wěn)壓二極管是必需項，因此線性穩(wěn)壓器（LDO）的輸入電壓不會超過絕對最大額定值。

圖2：帶LDO的基本電容式壓降電路，適用于110VAC、5VDC和30mA

電容式壓降拓撲結構的一個缺點是效率不高，因為許多功率會隨著電阻器和LDO的熱量而消散。即使LDO未調壓，但由于穩(wěn)壓二極管中消耗的能量，效率仍然不理想。

為提高該系統(tǒng)的效率，您需要優(yōu)化三個主要組件——浪涌電阻、穩(wěn)壓二極管和LDO的壓降。公式1所示為如何計算圖2所示的基本電容壓降解決方案的效率。

由于電容壓降解決方案是電子計量和工廠自動化等工業(yè)應用中常見的電源配置，因此德州儀器開發(fā)了一個專注于優(yōu)化電容壓降架構效率和解決方案尺寸的組件。TpS7A78集成了許多實現電容式壓降電路所需的分立元件，如有源橋式整流器。TpS7A78專為使用電容壓降電路而設計，可集成多種功能，并提高整體系統(tǒng)效率。例如，TpS7A78集成了一個開關電容級，可將輸入電壓降低四倍，從而以相同的比率降低輸入電流，并有助于使用更小的電容壓降電容。此功能可實現更小的解決方案尺寸，降低系統(tǒng)成本并降低待機功耗。

圖3：使用TpS7A78在30mA時的30mA電容壓降解決方案

為理解使用TpS7A78在電容壓降級和線性穩(wěn)壓器上的效率，我們可以將圖2所示的傳統(tǒng)解決方案與圖3所示的TpS7A78解決方案進行比較。在使用線性穩(wěn)壓器的傳統(tǒng)壓降解決方案中，系統(tǒng)的效率為11%。配置為同一負載供電時，由于開關電容的輸入電流減小，且需要更小的浪涌電阻，TpS7A78能夠實現》40%的效率。