使用无变压器电源解决方案

为了向低功率电路供电，使用无变压器电源解决方案通常很有用。

这是电源设计系列的另一篇文章 。我们将分析几个硬件和仿真方面。 这是上一篇文章。享受!

如果负载吸收的电流在几十毫安的数量级，实际上可以将输入的交流电压转换为直流电压，而无需使用笨重且昂贵的变压器。除了重量和尺寸更小之外，无变压器的解决方案也更便宜。根据电路的类型，无变压器电源分为两类：电容式和电阻式。我们现在将检查每种类型的电路的特性，如何确定相关电子元件的功率大小，以及采取哪些措施来提高安全性。

无变压器电容电源

无变压器电容式电源的原理图如图 1所示。为组件指示的值是指特定的电源情况，下面给出了用于计算这些值的公式。L和N分别表示交流电源电压的线和中性点，而V OUT是输出电压，I OUT是输出电流。浪涌电流(可能会损坏组件)受电阻器R 1和C 1的电抗限制。d 1是一个齐纳二极管，提供稳定的参考电压，而D 2是一个普通的硅二极管，其任务是对交流电压进行整流。

图 1：电容式无变压器电源(图片：Microchip)

只要输出电流I OUT小于或等于输入电流I IN，负载上的电压就会保持恒定，其值可以计算为：

其中V Z是齐纳电压，V RMS是输入交流电压的 RMS 值，f是其频率。I IN的最小值应与负载功率需求相匹配，而其最大值应用于为每个组件选择正确的额定功率。输出电压V OUT可以计算为：

其中V D是 D 2上的正向偏置电压(普通硅二极管为 0.6–0.7 V)。对于R 1，建议选择功率至少为理论值P R1两倍的分量：

电容器C 1以此类电路的名字命名，应选择电压至少为交流电源电压两倍的电容器(例如，美国为 250 V)。二极管D 1的功率至少应为下式给出的理论值的两倍：

这同样适用于二极管D 2的功率，其中现在可以使用 0.7 V 的恒定电压值来代替V Z。对于C 2，通常使用电解电容器，其电压至少是V Z 的两倍。

与基于变压器的解决方案相比，电容解决方案的主要优势在于减小了尺寸、重量和成本。与下一段中介绍的电阻型解决方案相比，该电路可让您获得更高的效率水平。缺点是缺乏与交流输入电压的绝缘，并且成本高于电阻式解决方案。

无变压器电阻电源

典型的无变压器电阻电源的原理图如图 2所示。同样，只要电流I OUT小于或等于输入电流I IN，输出电压V OUT 就保持恒定，区别在于现在仅通过电阻器R 1执行浪涌电流限制。输出电压V OUT可以使用与电容电源相同的公式计算，而输入电流I IN现在可以通过应用以下公式获得：

图 2：电阻式无变压器电源(图片：Microchip)

如在先前的情况下，组件必须与功率值来选择至少两倍的理论之一，它可以通过施加欧姆定律(计算的P = R×我2为电阻器[R 1和P = V×I为二极管D 1和D 2)。电解电容器C 2 的大小必须与电容情况相同。

与基于变压器的电路相比，电阻电源具有减小尺寸和重量的优点，是绝对最便宜的解决方案。然而，即使在这种情况下，交流电源也没有绝缘，效率也低于电容方案。

如何提高安全性

两个提议的原理图都有一个很大的限制：它们没有任何形式的绝缘和电源电压保护，代表了一个严重的安全问题。然而，通过应用一些小的修改，可以调整两个电路以满足此要求。修改，如图3所示，包括添加：

保护输入过流的保险丝

压敏电阻以防止瞬变

电阻器R 2 ( R 3 ) 与C 1 ( C 3 )并联以提高电磁抗扰度

将R 1分成两个电阻器R 1和R 2以提供更好的电压瞬变保护并防止产生电弧(仅适用于电阻电路)

图 3：为提高安全性而进行的修改(图片来源：Microchip)

审核编辑：汤梓红