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无变压器交流电源为电路供电

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lzmm|  楼主 | 2013-12-22 11:40 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
沙发
lzmm|  楼主 | 2013-12-22 11:40 | 只看该作者
图: 该降压转换器通过降低Cac中流经的交流电源电压来获得较低的直流电压。VUZ是可选元件,出于安全考虑,可在必要时选择更高的瓦特数。VU为未调节的输出电压,可使用7805/12等芯片或一个简单的齐纳晶体管电压调节器对VU进行进一步调节。应根据电源要求来选择使用Q1,从本质上看Q1应能够在无负载的情况下消耗未使用的电流。保险丝的取值/类型具有指示意义,可根据自身的设计/需要进行选择。

通过减少电容器(电阻抗Z=1/C)Cac(具有适当的数值和额定电压)的不必要电压来降低交流电压。其余的交流电通过二极管电桥作为整流输出电流流入。这样一来,尽管直流电流经电桥的输出电路,降压串联电容器Cac的交流电却在电路的其他部分流动。

电容器的值决定着降压情况下的电流输出。当输出电流较大时,需使用较大的电容器。泄流电阻器(1MΩ)与Cac并联,当交流电源断开时,泄流电阻器就可以为Cac放电。经过整流和滤波后,直流电被Q1调节电路分流,该调节电路主要用于将输出电压维持在特定范围内。

电路中设有两个LED指示灯。红色LED指示灯可显示交流电是否正在使用或当作废电被Q1分流。绿色LED指示灯指示可添加调节设备的输出端的电源能力。
R1、R2和RB(R1,R2>>RB)组成一个分压器网络,主要用于监控来自电桥的残余整流交流电。为R1、R2和RB设定数值后,当电流流经负载(图中未显示)时,Q1关闭,由于为R1和R2设定的值较大,几乎没有电流流经第二泄流电阻器。而RB中的降压程度并不足以点亮红色LED指示灯。我们称此时流经R1、R2与RB的电流为内部管理电流(housekeeping current),其可在不达到最大负载电流值的情况下持续流动。

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lzmm|  楼主 | 2013-12-22 11:40 | 只看该作者
受R2降压电压的影响,降压电压至少要达到0.6V才能启动Q1。在正常运行过程中电流会流经负载,设定R1、R2和RB的数值,使降压电压低于0.6V。但若将负载与电路断开(无输出电流流入),通过二极管电桥的电压就会增大,进而导致R2内的降压电压值不断升高,直至晶体管开启并通过RB引入电流。这时,R2中的降压电压将停止升高,同时流经红色LED指示灯的电流将增大。红色LED灯闪烁表示功率出现损耗。当输出端的功率可用时,绿色LED指示灯会一直闪烁。为RB设置数值可以使无负载状态下电桥处的电压增长处于合理范围内,不会高于连接至+VU的任一最终调节器的上限值。

所需电容器Cac的数值计算如下:



其中,IL为最大负载电流,Vrms为均方根交流电压,VE(~VU+1.2)为电桥输入端的残余期望电压,是电桥二极管中Vu和1.2V电压之和。ΔIL为除最大负载电流以外的内部管理电流。粗略估计Cac的值为:IL/(Vrms)(=2πfAC),也就是忽略公式中的ΔIL和VE;与IL和Vrms相比,ΔIL和VE的值相对较小。

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lzmm|  楼主 | 2013-12-22 11:40 | 只看该作者
该电路为庞大、嘈杂的振动力场/电磁场/产热变压器提供了替代性解决方案。但变压器的优势在于可以为带电交流电源提供隔离。而本文所述电路的危险性在于Cac会发生短路。因此,应采取预防措施,使保险丝在输出端电压上升至危险等级前熔断。电压增加时,齐纳VUZ和滤波电容器CF会提供额外的电流路径,也可在电桥输入端添加更多便宜的氖灯,使输出调节电路和负载能够正常使用。

在一项旨在构建齐纳晶体管调节的4.8V电压电源(电流为5mA)的测试中:一个240V交流线路,其中Cac=0.068μF,R1=10kΩ,R2=470Ω,RB=470Ω,CF=470μF,Q1=BC549。该电源可为驱动LED的555振荡器供电。在另一测试中,Cac=0.22μF,R1=10kΩ,R2=470Ω,RB=470Ω,CF=470μF,Q1=BC549,可用于构建一个齐纳晶体管调节的4.8V电压电源(电流为15mA)。该电源可以很容易地为555非稳态电路、闪烁的LED指示灯以及可驱动8个LED指示灯的CD4518计数器供电。

应注意的是,Cac的电抗通常远高于功率接收电路的电抗,也因为如此,电源似乎在充当恒流电源的角色。这一类型的电源有助于为低电流(约1mA~100mA)电路供电。

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