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使用無變壓器電源解決方案

張旭 ? 來源:getian2001 ? 作者:getian2001 ? 2022-08-08 09:18 ? 次閱讀

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)計系列的另一篇文章 。我們將分析幾個硬件和仿真方面。 這是上一篇文章。享受!

如果負載吸收的電流在幾十毫安的數(shù)量級,實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,而V OUT是輸出電壓,I OUT是輸出電流。浪涌電流(可能會損壞組件)受電阻器R 1和C 1的電抗限制。d 1是一個齊納二極管,提供穩(wěn)定的參考電壓,而D 2是一個普通的硅二極管,其任務(wù)是對交流電壓進行整流。

poYBAGHFV1WAWx1RAAA26HOSqmM224.jpg

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,負載上的電壓就會保持恒定,其值可以計算為:

pYYBAGHFV2KABAraAAASZM9MDC0398.jpg

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)與負載功率需求相匹配,而其最大值應(yīng)用于為每個組件選擇正確的額定功率。輸出電壓V OUT可以計算為:

poYBAGHFV26AF18VAAAHAI3yT9c208.jpg

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)。對于R 1,建議選擇功率至少為理論值P R1兩倍的分量:

pYYBAGHFV3iASZ_lAAAOn84XkYU648.jpg

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:

poYBAGHFV4KAWsOKAAAFyqmLhCs075.jpg

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算,而輸入電流I IN現(xiàn)在可以通過應(yīng)用以下公式獲得:

pYYBAGHFV4-AYN1kAAAK_OIyGg4678.jpg

pYYBAGHFV5mANil6AABGa4bu_RM585.jpg

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,是絕對最便宜的解決方案。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

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

保護輸入過流的保險絲

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

pYYBAGHFV6aAapukAACFTwQ7-Ko995.jpg

圖 3:為提高安全性而進行的修改(圖片來源:Microchip)

審核編輯:湯梓紅

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