克服正负电压设计难题 触发双向可控硅妙用多

。此外，对于降压-升压转换器，由于其要求使用降压拓扑结构，因此不需要增加输出负载电阻或输出稳压管。实际上，对于降压，输出电容器在每次MOSFET接通期间都会充电，从而在无负载或较小负载的情况下导致输出过高。

降压-升压转换器的效率及最大输出电流应低于降压转换器，而输出电容器应大于降压转换器。实际上，对于降压转换器，所有电感电流都为输出电容器充电，而对于降压-升压转换器，电感电流则仅在续流期间为输出电容器充电。但230V的交流/12V直流转换器占空比较低，且降压和降压-升压性能之间的差异不大。

如果两个拓扑结构配有相同的电抗组件，那么它们的效率类似。

虽然带有负输出的开关电源可供使用，但我们仍将正输出作为首选。在待机模式下，正输出的功率消耗更低。实际上，我们发现正线性稳压器的内部功耗在50μA范围内，而负稳压器的一般功耗约为2mA。

这种静态电流极大影响了开关电源的待机功耗。采用正输出的另一原因在于3.3V微控制器的广泛推广，但却很难找到功耗较低的精确3.3V负稳压器。

因此，应采用图2的示意图，将负电源的优势和正稳压器的优势结合起来。在该示意图中，意法半导体旗下ST715M33R正稳压器的最大静态电流为5.5μA，用于显示「负」15V输出提供的3.3V电源实现情况，而该「负」15V输出可以来自使用VIPer06电路的降压-升压转换器或反驰式电源转换器（Flyback Converter）。这样，微控制器便可减弱来自T1635T-8双向可控硅、T系列第三象限组件的电流。

图2　用于双向可控硅控制电路负电压的正稳压器。

调整栅极电路　正电压成为新选择

除了选择电源拓扑结构外，还有其他原因须要使用正电源。例如，传感器与市电电源连接的应用情况。这样可对某些特定电气参数进行监测。例如，对于通用马达装置，通常我们会与交流开关串联增加一个分流电阻器来感知负载电流，从而实现速度或扭矩（Torque）的死循环控制。在电能计量应用中，为计算电网中的能量损耗必须测量市电电源电压。

由于感知分路电流或线路电压增加情况下的电压增加似乎更加合理，因此我们会采用传统方式对电路施加正电压。此类方式还适用于负电压。因此，我们对微控制器的固件逻辑进行调整，将此逆向测量措施考虑在内。

如果明确选择了正电压，我们仍有方案来驱动第三象限的双向可控硅、ACS或ACST。如图3a所示，一种解决方案是与栅极电阻器（R1）简单并联增加一个电容器（C1），减弱来自双向可控硅栅极的电流。

图3　采用正电压的第三象限双向可控硅或ACS驱动电路。

该示意图的工作原理如下：

．当微控制器I/O针脚处于高电平（VDD）时，电容器C1通过R1和双向可控硅栅极充电。由于第三象限的双向可控硅不能在第四象限触发，因此在端子A2和A1的电压为负时，该双向可控硅不会开启（但如果第一象限的电压为正，则可以开启双向可控硅）。

．当C1电容器充满电后（向电压为5V的微控制器供电），栅极电流消失。

．当微控制器I/O针脚处于低电平（VSS）时，C1通过R1放电，为双向可控硅栅极提供负电流。如果第二象限或第三象限的端子电压为正或负，则可分别触发这两个象限的双向可控硅。在电容器C1放电前，电流一直为负。

图3b给出了图3a示意图控制ACS器件（如本示例中的ACS108）特殊情况的变型。由于此类器件展示了COM和G端子之间的单独P-N节并能够阻止所有从G流向COM的电流，因此增加D1二极管，用于在微控制器I/O针脚处于高电平时对C1电容器充电。

对于这两种示意图，在微控制器I/O针脚施加爆发电压脉冲时，须施加栅极交流电流。这种控制方法的优势在于，电容器会阻碍重置或封闭造成微控制器侵害时产生的直流电流，并提高应用的安全等级。

多种电源解决方案满足降低待机功耗需求

为满足待机功耗的不同标准，开关电源的应用越来越频繁。通常人们使用带有正输出的电源，但当负电压满足各种交流开关的条件时，负电压可能更为合适。如果稳压器能降低待机功耗，首选正输出。一种解决方案是对电路进行调整，确保正稳压器可与负电压一起使用。另一种解决方案是在栅极电路内简单增加一个电容器，确保即使在选择正电源的情况下，也能降低双向可控硅栅极产生的电流。

（本文作者接任职于意法半导体 作者：Laurent Gonthier/Jan Dreser）