不带变压器的电源设计方案解析

一、不带变压器的电源

这不是魔术也不是梦想。对于小负载，可以仅使用限流电阻将电压从230 VAC降低到几伏特(例如5、12或24)，如图1的接线图所示。它的效率极低(<1%)，因为电阻R1上的热量损失了能量。实际上，该组件必须做很多工作才能将电压从230 VAC RMS降低到12 VDC。在该示例中，该线性分量的平均耗散功率为22 W;平均功耗为22W。因此，它的大小必须至少为50 W，其耗散如下：

V(N3，N2)* I(R1)

图1：没有使用大电阻的变压器的电源

在该图中，存在三个操作节点：N1，N2和N3。根据所用组件的值，瞬态电压(以一秒为单位)显示在图2的图表中。图2a中的曲线图显示输出达到12 V需要花费多少时间。该时间取决于时间常数，该时间常数也由电容器C1决定。在该示例中，为得出瞬态信号，这些电容器的充电时间如下：

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 s

C1 = 10,000 µF，T = 3 s

在固定的负载电阻下，纹波取决于电容器C1。电容器越大，输出信号上出现的纹波越少。使用上述电容器，峰到峰的纹波量(图3)如下：

•C1 = 100 µF，纹波= 1.17 Vpp

•C1 = 470 µF，纹波= 261.7 mVpp

•C1 = 1,000 µF，纹波= 121.58 mVpp

•C1 = 4,700 µF，纹波= 25.3 mVpp

•C1 = 10,000 µF，纹波= 11.89 mVpp

图3：涟漪

最专心的读者会注意到，电路的输出电压未达到所需的12 V，而是达到了约11.3V。我们可以确保，即使没有连接负载，输出电压也始终低于12 V(图4)。)。该电压降是由二极管D2引起的。肖特基二极管可以减小该电压降。

图4：二极管D2引起电压降。

二、电容器可以改善情况

从图5的图表可以看出，在线路上串联增加一个聚酯电容器可以提高系统效率。在这种配置中，效率约为18%。

图5：使用电阻器和电容器的不带变压器的电源

因为电容器上的最大电压大于320 V，所以必须选择一个支持至少650 V的型号，如图6所示。

图6：电容器上的最大电压大于320 V.

通过这种配置，电阻器R1仅耗散0.5 W，但是使用至少2 W的模型总是更好。电容器C2充当电阻器，并且在50 Hz的频率下具有容抗。更准确地说，电容器的容抗在正弦频率F下用以下公式表示：

从中可以得出电容器C2的电抗为6772.55Ω，但与电阻不同，它不会散发热量。电路的输出电压也是12 V，必须从中减去二极管D1的压降。

警告

当电路关闭时，电容器C2可能会长时间保持充电状态。我们建议将高欧姆电阻与该组件并联，如图7所示。该电阻(470,000Ω，470kΩ)不会影响电路的正常运行。在正常工作条件下，其耗散约为100 mW。电容器的完全放电会在大约1秒钟内发生，但是0.4秒后，其电压值将不再具有危险性。

图7：当电路关闭时，电阻R2与电容器C2并联使之放电。