低功率无变压器电源的设计

出处:维库电子市场网 发布于:2024-07-24 16:59:18

  如果负载电流只有几十毫安,就无需使用大型、昂贵且笨重的变压器即可将输入交流电压转换为直流电压。没有变压器的替代方案也更便宜、更轻,并且占用空间更小。无变压器电源分为两类:电容式和电阻式,具体取决于电路类型。现在我们将研究每种电路类型的特性、如何评估所涉及电子元件的功率以及应采取哪些安全预防措施。
  无变压器电容式电源
  图 1 显示了无变压器电容式电源的原理图。下面提供了可用于确定所需元件值的公式。交流电源电压的线和中性线分别用 L 和 N 表示,而输出电压和电流分别用 V OUT和 I OUT表示。电阻器 R1 和 C1 的电抗都用于降低浪涌电流,浪涌电流可能会导致元件损坏。D2 是典型的硅二极管,其任务是整流交流电压,而 D1 是齐纳二极管,可提供稳定的参考电压。

 

  图 1:电容式无变压器电源(图片:Microchip)

  只要输出电流 IOUT小于 或等于输入电流 IIN ,负载上的电压就保持恒定,输入电流IIN的值可以通过以下公式计算:

  其中 V Z 是齐纳电压,  V RMS 是输入交流电压的 RMS 值,  f是其频率。I IN的 值  应与负载功率需求相匹配,而其值则应用于为每个组件选择正确的功率额定值。输出电压 V OUT 可按以下公式计算:

低功率无变压器电源的设计其中 V D 是 D 2上的正向偏置电压 (对于普通硅二极管,为 0.6–0.7 V)。至于 R 1,建议选择一个功率至少为理论值 P R1两倍的组件 ,如下所示:

  电容器 C 1(此类电路的名称由此而来)的电压应至少为交流电源电压的两倍(例如,美国的 250 V)。二极管 D 1 的 功率应至少为理论值的两倍,理论值由以下公式给出:二极管D 2

的功率也是如此 ,此时可以使用恒定电压值 0.7 V 代替 V Z。对于 C 2,通常使用电解电容器,其电压至少为 V Z的两倍。

  与基于变压器的解决方案相比,电容式解决方案的主要优势在于尺寸、重量和成本的降低。与下一段中介绍的电阻式解决方案相比,此电路可让您获得更高的效率。缺点是缺乏与交流输入电压的隔离,并且成本高于电阻式解决方案。
  无变压器电阻电源

  同样,在无变压器电阻电源中,  只要电流 I OUT 小于或等于输入电流 I IN ,输出电压V OUT就会保持恒定。然而,不同之处在于,现在浪涌电流限制仅由电阻器R 1执行。输出电压 V OUT 可以使用与电容电源相同的公式来计算,而输入电流 I IN 现在可以通过应用以下公式获得:

  与前一种情况一样,所选元件的功率值必须至少为理论功率值的两倍,理论功率值可通过应用欧姆定律计算得出( 电阻 R 1的P = R × I 2 , 二极管 D 1 和 D 2的 P = V × I  )  。电解电容器 C 2 的 尺寸必须与电容情况相同。
  与基于变压器的电路相比,电阻电源具有尺寸小、重量轻的优点,是的解决方案。但即使在这种情况下,它也没有与交流电源隔离,效率也低于电容方案。
关键词:无变压器电源

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