電源設計說明：模擬沒有變壓器的電源

在本教程中，我們將看到?jīng)]有變壓器r的電源 模擬。當您需要為具有低電流吸收的小負載供電時，這很有用。使用的主要電子軟件是LTspice。它是一種高性能 SPICE 仿真軟件、原理圖捕獲和波形查看器，具有增強功能和模型，可簡化模擬電路的仿真。它可以從Analog Devices免費下載。

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無變壓器電源

這不是魔法或夢想。對于小負載，可以僅使用限流電阻器將電壓從 230 VAC 降低到幾伏(例如 5、12 或 24)，如圖 1中的接線圖所示。其效率極低 (<1%)，因為能量在電阻器 R1 上的熱量損失。事實上，這個組件必須做很多工作才能將電壓從 230 VAC RMS 降低到 12 VDC。在這個例子中，這個線性組件的平均功耗為 22 W;因此，它的大小必須至少為 50 W，其耗散如下：

V(N3,N2)*I(R1)

圖 1：使用大電阻的無變壓器電源

在圖中，共有三個操作節(jié)點：N1、N2 和 N3。對于所用組件的值，瞬態(tài)電壓(在一秒時間內(nèi))顯示在圖 2的圖表中。圖 2a 中的圖表顯示了輸出達到 12V 需要多少時間。這個時間取決于時間常數(shù)，也由電容器 C1 決定。在該示例中，這些電容器充電時間(總結(jié)瞬態(tài))如下：

C1 = 100 μF，T=25 毫秒

C1 = 470 μF，T=130 毫秒

C1 = 1,000 μF，T=290 毫秒

C1 = 4,700 μF，T=1.38 秒

C1 = 10,000 μF，T=3 秒

圖2：不帶電阻變壓器的電源瞬態(tài)電壓示意圖

對于固定負載電阻，紋波取決于電容器 C1。電容越大，輸出信號上的紋波就越小。使用上述電容器，紋波量(圖 3)的峰峰值如下：

? C1 = 100 μF，紋波 = 1.17 Vpp

? C1 = 470 μF，紋波 = 261.7 mVpp

? C1 = 1,000 μF，紋波 = 121.58 mVpp

? C1 = 4,700 μF，紋波 = 25.3 mVpp，C0 = 10 mVpp，紋波 = 10.8

mV

圖 3：紋波

最細心的讀者會注意到，電路的輸出電壓并未達到所需的 12 V，而是約為 11.3 V。我們可以保證，即使沒有連接負載，輸出電壓也始終低于 12 V(圖 4)。該電壓降是由二極管 D2 引起的。肖特基二極管可以降低這個電壓降。

圖 4：二極管 D2 導致電壓下降。

一個電容器改善了這種情況

從圖 5 中的圖表可以看出，在線路中添加一個串聯(lián)的聚酯電容器提高了系統(tǒng)的效率。在此配置中，效率約為 18%。

圖 5：使用電阻器和電容器的無變壓器電源

因為電容上的最大電壓大于320V，所以需要選擇至少支持650V的型號，如圖6所示。

圖 6：電容器上的最大電壓大于 320 V。

使用這種配置，電阻器 R1 的功耗僅為 0.5 W，但使用至少 2 W 的模型總是更好。電容器 C2 充當電阻器，它在 50 Hz 的頻率下具有容抗。更準確地說，在正弦頻率 F 下，電容器的容抗用以下公式表示：

由此推導出電容器 C2 的容抗為 6772.55 Ω，但與電阻器不同的是，它不散熱。電路的輸出電壓也是 12 V，必須從中減去二極管 D1 的壓降。

警告

當電路關閉時，電容器 C2 可以保持充電很長時間。我們建議在組件上并聯(lián)一個高阻值電阻，如圖 7所示。該電阻(470,000 Ω、470 kΩ)不影響電路的正常工作。在正常工作條件下，其耗散約為 100 mW。電容器的完全放電發(fā)生在約1秒內(nèi)，但0.4秒后，其電壓值不再危險。

圖 7：當電路關閉時，與電容器 C2 并聯(lián)的電阻器 R2 對其放電。

　　審核編輯：湯梓紅