[原创] 如何设计一个宽输出电压范围的电源

在多节电池包/电池组充电、USB PD/QC 快充等应用中，常常需要满足超宽的输出电压范围，比如 5~20V（USB-C PD2.0 充电器）、3.3~21V（USB-C PD3.0/PPS 充电器）、10~29.4V（7 节锂电池充电器）等等，在这些中小功率电源中，一般使用反激式转换器，而高压侧 PWM IC 依赖变压器辅助绕组进行供电，因此也将面临供电电压变化较大的问题，传统的 PWM IC 受限于半导体工艺耐压，其供电脚（VDD）往往只能达到 40V，为正常驱动 MOSFET，最低电压又只有 8~9V，因此 VDD 电压范围允许变动不足 5 倍， 因此将不能满足系统使用要求，此时大家会在 PWM IC 的供电回路上使用一个稳压电路（限压器）为其供电，从而将高于 IC 承受能力的电压改由稳压电路的开关来承担，典型稳压电路如下图所示：

在使用这个电路后，PWM IC 的供电电压被限制在不高于稳压管稳压值的水平，实现宽输出电压范围变动时能正常工作，但该电路存在两个显著的缺点：1，元器件数量较多，电路组件占版面积较大；2，高供电电压时进入稳压管的偏置电流显著增加，导致组件自身功耗也显著增加。

针对上述需求和问题，力生美半导体特将其高供电电压快充 IC 系列产品中的供电组件单独形成了一个独立的产品，实现无外围器件的供电限压器，作为通用器件给各种 PWM IC 作为 VDD 辅助供电器件使用，并提供 SOT23-3 和 SOT89 两种封装形式，方便用户灵活选择，SOT23-3 比较适合耗电小系统体积小的应用场景，SOT89 适合耗电大温升高的应用场景。

该系列辅助供电限压器还可提供 85V 和 200V 两种电压输入档位的产品可供选择，分别对应不同输出电压应用范围，最高可满足高达 10 倍的变动范围。

该限压器的典型电路接法如下图所示：

C1 为 PWM IC 的 VDD 电容，本限压器无需额外的电容。

该方案可完全支持市场通常的电阻启动型 PWM IC 或高压启动型 IC，简单易于使用。

依托芯片内部的动态偏置电路，即使输入电压较高时芯片自身静态电流也仅仅稍有增加，LN3210 典型静态电流低于 100uA，LN3220 典型静态电流则低于 10uA，两者电参数差异如下：

Tips：通过在辅助绕组中增加独立抽头，整流连接到 PWM IC VDD , 合理配置抽头参数使其在输出电压高到指定水平时达到限压器钳位电压点，从而强制使限压器停止输出，还可进一步降低系统工作于高输出电压情况下的限压器功耗，进而提高系统效率。

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