一款基于电源芯片VB409的无变压器供电电源设计

在小型的MCU应用系统中，采用AC 220V供电时，一般要使用变压器对电源进行处理，将高压交流电降到低压后再进行直流处理，或者将交流电变为高压直流电后再进行高频变换，以得到MCU系统的工作电源。这对于结构没有特殊要求的系统，在设计上属于常规的问题，使用上述的线性电源技术或者开关电源技术，均能得到方便的解决。但是有些MCU应用系统在体积上要求极其小巧，甚至不能安放变压器，所以常规的电源处理就不能满足其要求了。因此，使用能够直接接收高压交流电并将其直接变换成低压直流的技术，是最佳的设计选择。VB409的出现有望实现这一设计思路。

VB409概述

VB409是ST公司推出的电源处理产品。其PENTAWATTHV(022Y)封装形式的产品大小与普通TO220封装的7805相近，只是引出脚为5个;还有一种PowerSO10封装的产品是10脚表面贴装式IC。输入端可以直接接入AC 220 V，且输入端允许的最高输入电压为AC 580 V。输出部分有2个： 一个是最终输出OUTPUT1，为 5V;另一个是芯片的中间输出OUTPUT2，典型值为16 V。对负载的供电能力为：OUTPUT1最大为80 mA，OUTPUT2最大为25mA。图1为VB409的内部结构图。

图1 VB409内部结构图

VB409采取的是导通角技术，即在交流电的一个周期中，根据负载的电流大小，自动调整每个周期的导通时间。也就是说，只在每个正周期的低压部分，从电源吸收电能，因此极大地降低了功耗，电流输出能力是线性电源的3倍。其工作波形如图2所示。

图2 VB409的工作波形

从图1中还可以看出，VB409还有输入、输出电流的限制和热保护功能。其作用在于：一方面当输出短路时限制电流的输出;另一方面当过载时关断芯片。

需要说明的是，OUTPUT1的输出范围为4.75～5.25 V，典型值为5 V，负载电流每增大1 mA，对输出影响为0.5mV，精度是比较高的;而OUTPUT2的输出范围为8～16V。因此，OUTPUT2的输出比较适合于作为继电器一类的驱动电源使用。如果想作为放大器的工作电源，则需要再进行一次降压式稳压。

VB409构成的电源系统

图3中，D1实现半波整流，C2为涤纶电容，C3为高压电解电容，R1、R2为金属膜1/4 W电阻，C1耐压为25 V。

图 1中，Vref1的电压为12V左右，Threshold端的电压高于Vref1将关断输入向输出的传送，Threshold端的工作电流最小为 30μA。因此，R1与R2之和决定工作电流，R1与R2之比确定加在Threshold端的最高电压。图2中，t1、t2所处的位置对应的输入电压V1 即关断的门限电压值。这个值的大小为： V1=Vref1。