电源设计说明:模拟没有变压器的电源

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描述

在本教程中,我们将看到没有变压器r的电源 模拟。当您需要为具有低电流吸收的小负载供电时,这很有用。使用的主要电子软件是LTspice。它是一种高性能 SPICE 仿真软件、原理图捕获和波形查看器,具有增强功能和模型,可简化模拟电路的仿真。它可以从Analog Devices免费下载。

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无变压器电源

这不是魔法或梦想。对于小负载,可以仅使用限流电阻器将电压从 230 VAC 降低到几伏(例如 5、12 或 24),如图 1中的接线图所示。其效率极低 (<1%),因为能量在电阻器 R1 上的热量损失。事实上,这个组件必须做很多工作才能将电压从 230 VAC RMS 降低到 12 VDC。在这个例子中,这个线性组件的平均功耗为 22 W;因此,它的大小必须至少为 50 W,其耗散如下:

V(N3,N2)*I(R1)

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图 1:使用大电阻的无变压器电源

在图中,共有三个操作节点:N1、N2 和 N3。对于所用组件的值,瞬态电压(在一秒时间内)显示在图 2的图表中。图 2a 中的图表显示了输出达到 12V 需要多少时间。这个时间取决于时间常数,也由电容器 C1 决定。在该示例中,这些电容器充电时间(总结瞬态)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

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图2:不带电阻变压器的电源瞬态电压示意图

对于固定负载电阻,纹波取决于电容器 C1。电容越大,输出信号上的纹波就越小。使用上述电容器,纹波量(图 3)的峰峰值如下:

• 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,C0 = 10 mVpp,纹波 = 10.8

mV

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图 3:纹波

最细心的读者会注意到,电路的输出电压并未达到所需的 12 V,而是约为 11.3 V。我们可以保证,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。肖特基二极管可以降低这个电压降。

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图 4:二极管 D2 导致电压下降。

一个电容器改善了这种情况

从图 5 中的图表可以看出,在线路中添加一个串联的聚酯电容器提高了系统的效率。在此配置中,效率约为 18%。

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图 5:使用电阻器和电容器的无变压器电源

因为电容上的最大电压大于320V,所以需要选择至少支持650V的型号,如图6所示。

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图 6:电容器上的最大电压大于 320 V。

使用这种配置,电阻器 R1 的功耗仅为 0.5 W,但使用至少 2 W 的模型总是更好。电容器 C2 充当电阻器,它在 50 Hz 的频率下具有容抗。更准确地说,在正弦频率 F 下,电容器的容抗用以下公式表示:

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由此推导出电容器 C2 的容抗为 6772.55 Ω,但与电阻器不同的是,它不散热。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 可以保持充电很长时间。我们建议在组件上并联一个高阻值电阻,如图 7所示。该电阻(470,000 Ω、470 kΩ)不影响电路的正常工作。在正常工作条件下,其耗散约为 100 mW。电容器的完全放电发生在约1秒内,但0.4秒后,其电压值不再危险。

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图 7:当电路关闭时,与电容器 C2 并联的电阻器 R2 对其放电。

  审核编辑:汤梓红

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