在小型的MCU應(yīng)用系統(tǒng)中，采用AC 220V供電時(shí),，一般要使用變壓器" title="變壓器">變壓器對(duì)電源" title="電源">電源進(jìn)行處理,，將高壓交流電降到低壓后再進(jìn)行直流處理，或者將交流電變?yōu)楦邏褐绷麟姾笤龠M(jìn)行高頻變換,，以得到MCU系統(tǒng)的工作電源,。這對(duì)于結(jié)構(gòu)沒(méi)有特殊要求的系統(tǒng),，在設(shè)計(jì)上屬于常規(guī)的問(wèn)題，使用上述的線性電源技術(shù)或者開(kāi)關(guān)電源技術(shù),，均能得到方便的解決,。但是有些MCU應(yīng)用系統(tǒng)在體積上要求極其小巧，甚至不能安放變壓器,，所以常規(guī)的電源處理就不能滿足其要求了,。因此，使用能夠直接接收高壓交流電并將其直接變換成低壓直流的技術(shù),，是最佳的設(shè)計(jì)選擇,。VB409" title="VB409">VB409的出現(xiàn)有望實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)思路。

1 VB409概述

VB409是ST公司推出的電源處理產(chǎn)品,。其PENTAWATTHV（022Y）封裝形式的產(chǎn)品大小與普通TO220封裝的7805相近,，只是引出腳為5個(gè)；還有一種PowerSO10封裝的產(chǎn)品是10腳表面貼裝式IC,。輸入端可以直接接入AC 220 V,，且輸入端允許的最高輸入電壓為AC 580 V。輸出部分有2個(gè)：一個(gè)是最終輸出OUTPUT1,，為+5V,；另一個(gè)是芯片的中間輸出OUTPUT2，典型值為16 V,。對(duì)負(fù)載的供電能力為：OUTPUT1最大為80 mA,，OUTPUT2最大為25mA。圖1為VB409的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖[1],。
 

圖1 VB409內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

VB409采取的是導(dǎo)通角技術(shù),，即在交流電的一個(gè)周期中，根據(jù)負(fù)載的電流大小,，自動(dòng)調(diào)整每個(gè)周期的導(dǎo)通時(shí)間,。也就是說(shuō)，只在每個(gè)正周期的低壓部分,，從電源吸收電能,，因此極大地降低了功耗，電流輸出能力是線性電源的3倍,。其工作波形如圖2所示,。
 

圖2 VB409的工作波形

從圖1中還可以看出，VB409還有輸入,、輸出電流的限制和熱保護(hù)功能,。其作用在于：一方面當(dāng)輸出短路時(shí)限制電流的輸出；另一方面當(dāng)過(guò)載時(shí)關(guān)斷芯片。

需要說(shuō)明的是,，OUTPUT1的輸出范圍為4.75～5.25 V,，典型值為5 V，負(fù)載電流每增大1 mA,，對(duì)輸出影響為0.5mV,，精度是比較高的；而OUTPUT2的輸出范圍為8～16V,。因此,，OUTPUT2的輸出比較適合于作為繼電器一類(lèi)的驅(qū)動(dòng)電源使用。如果想作為放大器的工作電源,，則需要再進(jìn)行一次降壓式穩(wěn)壓,。

2 VB409構(gòu)成的電源系統(tǒng)

圖3為VB409組成的電源電路。

圖3 VB409組成的電源電路

圖3中,，D1實(shí)現(xiàn)半波整流，C2為滌綸電容,，C3為高壓電解電容,，R1、R2為金屬膜1/4 W電阻,，C1耐壓為25 V,。

圖1中，Vref1的電壓為12V左右,，Threshold端的電壓高于Vref1將關(guān)斷輸入向輸出的傳送,，Threshold端的工作電流最小為30μA。因此,，R1與R2之和決定工作電流,，R1與R2之比確定加在Threshold端的最高電壓。圖2中,，t1,、t2所處的位置對(duì)應(yīng)的輸入電壓V1即關(guān)斷的門(mén)限電壓值。這個(gè)值的大小為： V1=Vref1,。

V1是變化的交流電,，變化規(guī)律為：

在這里，將VIN等比例縮小至V1,，可以提高期間的工作可靠性,。

當(dāng)輸入電壓為AC 220 V，Threshold端的工作電流約為120 μA時(shí),，R1+R2=1.86 MΩ,。按此參數(shù)設(shè)置，當(dāng)輸入電壓為AC 60 V時(shí)，Threshold端的工作電流約為30 μA,，還能夠正常工作,。同理，適當(dāng)配置R1和R2的值,，還可以確定輸入電壓的有效范圍,，VB409允許最小輸入電壓可至12V。C1值的確定參見(jiàn)圖1和圖2,。

C1提供輸入短路關(guān)斷時(shí)維持輸出電路的電壓,，同時(shí)提供OUTPUT2較為穩(wěn)定的輸出。由于充,、放電時(shí)間變慢,，C1的值越大，OUTPUT2的輸出電壓值越低,，但是能夠提供較大的輸出電流,；反之，C1的值小,，充,、放電時(shí)間越快，OUTPUT2的輸出電壓值也就越高,，但是能夠提供的輸出電流變小,。一般C1的值在47～220 μF之間選擇，典型值為100 μF,。

3 實(shí)例MCU應(yīng)用系統(tǒng)

使用VB409為主電源供給MCU應(yīng)用系統(tǒng),，在設(shè)計(jì)之前，應(yīng)首先估算系統(tǒng)的5 V電源的總功耗,。計(jì)算時(shí)要將灌電流,、拉電流一并計(jì)算。
圖4為筆者設(shè)計(jì)的一個(gè)典型應(yīng)用系統(tǒng)的原理圖,。圖4為測(cè)量電能并在LCD上顯示的MCU應(yīng)用系統(tǒng),。CPU采用AT89C55WD，最大耗電量為20 mA（若采用STC89C58RD+,，則耗電量可降至9 mA左右）,；LCD選用SO12864，采用COG式,，連同背光最大耗電為20mA,；功率/電能計(jì)量芯片CS5460的最大耗電量為5 mA，加上復(fù)位,、鍵盤(pán)等最大耗電量小于50 mA,；繼電器輸出沒(méi)有畫(huà)出，耗電量為12mA。因此,，完全可以使用VB409供電,，且系統(tǒng)體積小，完全可以放置在LCD背后,。

圖4 一個(gè)典型應(yīng)用系統(tǒng)原理圖

結(jié)語(yǔ)

由于沒(méi)有變壓器,，因此就失去了電流的絕緣，所以采用VB409作為供電電源,，要用在對(duì)電流絕緣沒(méi)有要求的場(chǎng)合,，例如洗衣機(jī)、中央供熱,、功率計(jì)量等,。對(duì)于需要電流絕緣的場(chǎng)合，需在供電輸入端加一個(gè)1∶1的小型隔離變壓器,，因?yàn)檩斎牍β实?，所以變壓器的尺寸可以做得比較小，同時(shí)變壓器的輸出還可以使用電阻分壓后再輸入到VB409中,。