无变压器交流电源为电路供电

只看该作者 · 2014-5-19 00:10

开关模式电源(SMPS)电路能够有效地降低市电交流电，使其满足低压电路的供电需要，但是，要实现这一特性需要增加控制集成电路、开关晶体管及电感器等元件。下图展示了使用更多通用元件将交流电源降低并调节至期望的低直流电压值的一种简单方法。

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。

只看该作者 · 2014-5-19 00:10

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。

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。

只看该作者 · 2014-5-19 00:11

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。

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。