电源设计说明：模拟没有变压器的电源

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)

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

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

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。

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%。

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。

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：

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。

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