在沒有笨重，昂貴且笨重的變壓器的情況下，電源的構造是電子學上的挑戰，并為有趣的解決方案提供了空間。讓我們看看如何在不使用變壓器的情況下設計大功率系統。

不帶變壓器的電源使用電容電抗理論來降低輸入的交流市電電壓。實際上，應該記住，電網提供230 VAC（或110 VAC，取決于居住國家/地區）的交流電壓，并且輸出電壓必須連續且盡可能水平。

對于低功率應用而言，沒有任何問題，但是對于大電流而言，電源的效率可能會降低。基本概念集中在使用高壓電容器將電源電壓降低到所需水平上。電路輸出端可用的電流與電容器的電抗成正比（當然也與電容器的容量成正比）。因此，可以簡單地通過并聯連接多個電容器或使用容量非常大的電容器來增加該電流。但是，存在初始峰值電流相當高的風險，這可能會導致嚴重的問題。

原理圖

圖1顯示了無變壓器電源的示意圖，該電源將電壓從230 VAC降低到12 VDC，理論輸出為1A。該原型僅用于在電源上進行實驗，不能用于敏感系統，例如醫療或安全設備。實際上，入口與出口之間沒有隔離。但是，對于一般應用程序，其功能得到了保證。所使用的電子組件如下：

C1：33,000 μF極化電解電容器，25 VL

C2：≥400 V，10 μF的非極化聚酯電容器

C3：≥400 V，10 μF的非極化聚酯電容器

D1：二極管1N4007

D2：12V，3W齊納二極管

D3：二極管1N4007

D4：二極管1N4007

D5：二極管1N4007

D6：二極管1N4007

D7：二極管1N4007

D8：二極管1N4007

D9：二極管1N4007

D10：二極管1N4007

D11：二極管1N4007

D12：二極管1N4007

D13：二極管1N4007

R1：1Ω電阻，5 W

R2：10Ω電阻;它是負載，不小于10Ω

R3：470kΩ電阻，1 W

R4：1Ω電阻，5 W

R5：200mA保險絲

每個電子組件都有其自己的特定功能。該電路遵循非常具體的機制工作：

230 VRMS交流電通過C2和C3形成的限制器。R3具有在電路未通電時使電容器放電的功能。

1N4007二極管超級電橋（D10，D11，D6，D7，D1，D4，D3，D5，D9，D8，D12和D13）對電壓進行整流，將負半波轉換為正波。二極管數量眾多，可以分流功率，減少熱量并保持在組件制造商規定的范圍內。

如果在交流信號過零時電容器的阻抗非常低，R1和R4會稍微限制電流。

200 mA R5保險絲可保護齊納二極管免受過量電流的影響。萬一加載失敗，可能會發生這種情況。該電路假定恒定存在10Ω負載。

圖1：不帶變壓器的12V和1A電源接線圖

電流，電壓和功率分析

現在讓我們檢查電路在其正常操作期間的動態操作。必須從一開始就將10Ω負載連接到系統。在大約1秒的短暫瞬變（高容量電解電容器C1充電的時間）后激活電源。如圖2所示，輸出端以及負載上的電壓穩定在12V。

圖2：電源工作期間負載上存在的12V電壓

從這一刻起，負載（10Ω）承受的電流約為1.2 A，吸收電流為14.3W。現在，讓我們檢查最關鍵組件上的電壓，電流和功率值。聚酯電容器C2和C3上的電壓相當高，零峰值約為320 V，如圖3的波形圖所示。因此，不能使用200 VL的非極化電容器，但是必須使用該值。至少為400 VL，如果為630 VL則更好。該電容組的總電容為20 μF。

圖3：輸入限制聚酯電容器上的電壓

取而代之的是，圖4中的曲線圖顯示了在每個單個二極管1N4007上流過的電流。它的數據表指出，即使脈沖電流更大，該組件可以承受的最大電流也等于1A。在任何情況下，它都在最大限制之內，這恰恰是因為使用了大量并聯連接的半導體組件。

圖4：流過每個二極管的電流都包含在該組件支持的最大限值之內。

齊納二極管上的峰值電流為150 mA，平均值為34 mA，RMS為63 mA。因此，在出口處插入正確的負載后，該組件將保持冷狀態，并且可以正常工作而不會出現任何問題。如圖1所示，安全電阻R1和R4都為1Ω，幾乎與2 A零峰值的正弦電流相交，該電流的RMS值約為1.4 A，因此這些組件的耗散最小必須大約為3W。該電流（以及這些電阻上的相對電壓）的波形不是完美的正弦波，但由于二極管的壓降，在零通過時會有一種抵消作用-實際上，一種交集失真。

圖5：流過安全電阻R1和R4的電流

輸出端的紋波信號

如圖6所示，紋波是完全可以接受的。它的峰峰值約為92 mV，相當于0.75％，這對于不太復雜的負載類型來說是一個超過可接受的值。紋波頻率當然等于100 Hz。

圖6：輸出信號受最小紋波信號影響。

當心切斷電路

當電路關閉時，電容器C2和C3可能會保持很長時間的充電，因此，必須格外小心。因此，建議將470kΩ電阻與這些高壓電容器并聯，如接線圖所示。在正常工作條件下，它的功耗約為110 mW，因此不會影響電路的正常工作。但是，在沒有電的情況下，該電阻器會在大約50秒內使電容器完全放電，但是20秒后，電路將不再具有危險性（請參見圖7中的圖表）。

圖7：當電路關閉時，與電容器C2和C3并聯的電阻R3使它們放電。

效率

電路效率并不是支持這種電源的要點之一。過多的散熱會大大降低最終產量。效率的簡化計算提供了輸出功率和輸入功率之間的關系：

從中

最終效率為69％。我們當然不能談最大效率。

這種電源的實現不方便

考慮到所有潛在的問題，我們可以說用傳統或開關式變壓器實現電源比在這些頁面上設置電路更方便（請參見圖8中的實現示例）。負面影響很多，可以歸納如下：

高容量，高壓聚酯電容器的成本與小型1A變壓器的成本相當，甚至更高。此外，電解電容器的花費很大。

電路未與輸入網絡隔離；因此，這有潛在的危險。此外，部件的分離或破損可能導致整個裝置的損壞。

效率不是很高，因此不方便進行這么多的妥協。

最大輸出電流約為1A。對于需要20 A或30 A的電阻性或電感性負載，我們還有很長的路要走。

圖8：不帶變壓器的電源的實際可行實現

結論

無變壓器電源電路有許多缺點，不能用于精密和關鍵的目的。這些電路無法提供大電流，并且輸出未與高壓輸入隔離。除了通過50 Hz或60 Hz的交流電以外，還會通過電壓峰值，還會產生大的電流消耗，電容器可能會對整個電路造成危險。無論如何，了解作為這種電源基礎的理論總是有用的，即使在實踐中選擇這種解決方案也不方便。

編輯：hfy