為了向低功率電路供電，使用無變壓器電源解決方案通常很有用。

這是電源設(shè)計(jì)系列的另一篇文章 。我們將分析幾個(gè)硬件和仿真方面。 這是上一篇文章。享受!

如果負(fù)載吸收的電流在幾十毫安的數(shù)量級(jí)，實(shí)際上可以將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，而無需使用笨重且昂貴的變壓器。除了重量和尺寸更小之外，無變壓器的解決方案也更便宜。根據(jù)電路的類型，無變壓器電源分為兩類：電容式和電阻式。我們現(xiàn)在將檢查每種類型的電路的特性，如何確定相關(guān)電子元件的功率大小，以及采取哪些措施來提高安全性。

無變壓器電容電源

無變壓器電容式電源的原理圖如圖 1所示。為組件指示的值是指特定的電源情況，下面給出了用于計(jì)算這些值的公式。L和N分別表示交流電源電壓的線和中性點(diǎn)，而V OUT是輸出電壓，I OUT是輸出電流。浪涌電流(可能會(huì)損壞組件)受電阻器R 1和C 1的電抗限制。d 1是一個(gè)齊納二極管，提供穩(wěn)定的參考電壓，而D 2是一個(gè)普通的硅二極管，其任務(wù)是對(duì)交流電壓進(jìn)行整流。

圖 1：電容式無變壓器電源(圖片：Microchip)

只要輸出電流I OUT小于或等于輸入電流I IN，負(fù)載上的電壓就會(huì)保持恒定，其值可以計(jì)算為：

其中V Z是齊納電壓，V RMS是輸入交流電壓的 RMS 值，f是其頻率。I IN的最小值應(yīng)與負(fù)載功率需求相匹配，而其最大值應(yīng)用于為每個(gè)組件選擇正確的額定功率。輸出電壓V OUT可以計(jì)算為：

其中V D是 D 2上的正向偏置電壓(普通硅二極管為 0.6–0.7 V)。對(duì)于R 1，建議選擇功率至少為理論值P R1兩倍的分量：

電容器C 1以此類電路的名字命名，應(yīng)選擇電壓至少為交流電源電壓兩倍的電容器(例如，美國為 250 V)。二極管D 1的功率至少應(yīng)為下式給出的理論值的兩倍：

這同樣適用于二極管D 2的功率，其中現(xiàn)在可以使用 0.7 V 的恒定電壓值來代替V Z。對(duì)于C 2，通常使用電解電容器，其電壓至少是V Z 的兩倍。

與基于變壓器的解決方案相比，電容解決方案的主要優(yōu)勢(shì)在于減小了尺寸、重量和成本。與下一段中介紹的電阻型解決方案相比，該電路可讓您獲得更高的效率水平。缺點(diǎn)是缺乏與交流輸入電壓的絕緣，并且成本高于電阻式解決方案。

無變壓器電阻電源

典型的無變壓器電阻電源的原理圖如圖 2所示。同樣，只要電流I OUT小于或等于輸入電流I IN，輸出電壓V OUT 就保持恒定，區(qū)別在于現(xiàn)在僅通過電阻器R 1執(zhí)行浪涌電流限制。輸出電壓V OUT可以使用與電容電源相同的公式計(jì)算，而輸入電流I IN現(xiàn)在可以通過應(yīng)用以下公式獲得：

圖 2：電阻式無變壓器電源(圖片：Microchip)

如在先前的情況下，組件必須與功率值來選擇至少兩倍的理論之一，它可以通過施加歐姆定律(計(jì)算的P = R×我2為電阻器[R 1和P = V×I為二極管D 1和D 2)。電解電容器C 2 的大小必須與電容情況相同。

與基于變壓器的電路相比，電阻電源具有減小尺寸和重量的優(yōu)點(diǎn)，是絕對(duì)最便宜的解決方案。然而，即使在這種情況下，交流電源也沒有絕緣，效率也低于電容方案。

如何提高安全性

兩個(gè)提議的原理圖都有一個(gè)很大的限制：它們沒有任何形式的絕緣和電源電壓保護(hù)，代表了一個(gè)嚴(yán)重的安全問題。然而，通過應(yīng)用一些小的修改，可以調(diào)整兩個(gè)電路以滿足此要求。修改，如圖3所示，包括添加：

保護(hù)輸入過流的保險(xiǎn)絲

壓敏電阻以防止瞬變

電阻器R 2 ( R 3 ) 與C 1 ( C 3 )并聯(lián)以提高電磁抗擾度

將R 1分成兩個(gè)電阻器R 1和R 2以提供更好的電壓瞬變保護(hù)并防止產(chǎn)生電弧(僅適用于電阻電路)

圖 3：為提高安全性而進(jìn)行的修改(圖片來源：Microchip)

審核編輯：湯梓紅