無(wú)變壓器交流電源為電路供電

開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)電路能夠有效地降低市電交流電，使其滿足低壓電路的供電需要，但是，要實(shí)現(xiàn)這一特性需要增加控制集成電路、開(kāi)關(guān)晶體管及電感器等元件。下圖展示了使用更多通用元件將交流電源降低并調(diào)節(jié)至期望的低直流電壓值的一種簡(jiǎn)單方法。

圖: 該降壓轉(zhuǎn)換器通過(guò)降低Cac中流經(jīng)的交流電源電壓來(lái)獲得較低的直流電壓。VUZ是可選元件，出于安全考慮，可在必要時(shí)選擇更高的瓦特?cái)?shù)。VU為未調(diào)節(jié)的輸出電壓，可使用7805/12等芯片或一個(gè)簡(jiǎn)單的齊納晶體管電壓調(diào)節(jié)器對(duì)VU進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)節(jié)。應(yīng)根據(jù)電源要求來(lái)選擇使用Q1，從本質(zhì)上看Q1應(yīng)能夠在無(wú)負(fù)載的情況下消耗未使用的電流。保險(xiǎn)絲的取值/類型具有指示意義，可根據(jù)自身的設(shè)計(jì)/需要進(jìn)行選擇。

通過(guò)減少電容器(電阻抗Z=1/C)Cac(具有適當(dāng)?shù)臄?shù)值和額定電壓)的不必要電壓來(lái)降低交流電壓。其余的交流電通過(guò)二極管電橋作為整流輸出電流流入。這樣一來(lái)，盡管直流電流經(jīng)電橋的輸出電路，降壓串聯(lián)電容器Cac的交流電卻在電路的其他部分流動(dòng)。

電容器的值決定著降壓情況下的電流輸出。當(dāng)輸出電流較大時(shí)，需使用較大的電容器。泄流電阻器(1MΩ)與Cac并聯(lián)，當(dāng)交流電源斷開(kāi)時(shí)，泄流電阻器就可以為Cac放電。經(jīng)過(guò)整流和濾波后，直流電被Q1調(diào)節(jié)電路分流，該調(diào)節(jié)電路主要用于將輸出電壓維持在特定范圍內(nèi)。

電路中設(shè)有兩個(gè)LED指示燈。紅色LED指示燈可顯示交流電是否正在使用或當(dāng)作廢電被Q1分流。綠色LED指示燈指示可添加調(diào)節(jié)設(shè)備的輸出端的電源能力。

R1、R2和RB(R1,R2>>RB)組成一個(gè)分壓器網(wǎng)絡(luò)，主要用于監(jiān)控來(lái)自電橋的殘余整流交流電。為R1、R2和RB設(shè)定數(shù)值后，當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載(圖中未顯示)時(shí)，Q1關(guān)閉，由于為R1和R2設(shè)定的值較大，幾乎沒(méi)有電流流經(jīng)第二泄流電阻器。而RB中的降壓程度并不足以點(diǎn)亮紅色LED指示燈。我們稱此時(shí)流經(jīng)R1、R2與RB的電流為內(nèi)部管理電流(housekeeping current)，其可在不達(dá)到最大負(fù)載電流值的情況下持續(xù)流動(dòng)。

受R2降壓電壓的影響，降壓電壓至少要達(dá)到0.6V才能啟動(dòng)Q1。在正常運(yùn)行過(guò)程中電流會(huì)流經(jīng)負(fù)載，設(shè)定R1、R2和RB的數(shù)值，使降壓電壓低于0.6V。但若將負(fù)載與電路斷開(kāi)(無(wú)輸出電流流入)，通過(guò)二極管電橋的電壓就會(huì)增大，進(jìn)而導(dǎo)致R2內(nèi)的降壓電壓值不斷升高，直至晶體管開(kāi)啟并通過(guò)RB引入電流。這時(shí)，R2中的降壓電壓將停止升高，同時(shí)流經(jīng)紅色LED指示燈的電流將增大。紅色LED燈閃爍表示功率出現(xiàn)損耗。當(dāng)輸出端的功率可用時(shí)，綠色LED指示燈會(huì)一直閃爍。為RB設(shè)置數(shù)值可以使無(wú)負(fù)載狀態(tài)下電橋處的電壓增長(zhǎng)處于合理范圍內(nèi)，不會(huì)高于連接至+VU的任一最終調(diào)節(jié)器的上限值。

所需電容器Cac的數(shù)值計(jì)算如下：

其中，IL為最大負(fù)載電流，Vrms為均方根交流電壓，VE(~VU+1.2)為電橋輸入端的殘余期望電壓，是電橋二極管中Vu和1.2V電壓之和。ΔIL為除最大負(fù)載電流以外的內(nèi)部管理電流。粗略估計(jì)Cac的值為：IL/(Vrms)(=2πfAC)，也就是忽略公式中的ΔIL和VE；與IL和Vrms相比，ΔIL和VE的值相對(duì)較小。

該電路為龐大、嘈雜的振動(dòng)力場(chǎng)/電磁場(chǎng)/產(chǎn)熱變壓器提供了替代性解決方案。但變壓器的優(yōu)勢(shì)在于可以為帶電交流電源提供隔離。而本文所述電路的危險(xiǎn)性在于Cac會(huì)發(fā)生短路。因此，應(yīng)采取預(yù)防措施，使保險(xiǎn)絲在輸出端電壓上升至危險(xiǎn)等級(jí)前熔斷。電壓增加時(shí)，齊納VUZ和濾波電容器CF會(huì)提供額外的電流路徑，也可在電橋輸入端添加更多便宜的氖燈，使輸出調(diào)節(jié)電路和負(fù)載能夠正常使用。

在一項(xiàng)旨在構(gòu)建齊納晶體管調(diào)節(jié)的4.8V電壓電源(電流為5mA)的測(cè)試中：一個(gè)240V交流線路，其中Cac=0.068μF，R1=10kΩ，R2=470Ω，RB=470Ω，CF=470μF，Q1=BC549。該電源可為驅(qū)動(dòng)LED的555振蕩器供電。在另一測(cè)試中，Cac=0.22μF，R1=10kΩ，R2=470Ω，RB=470Ω，CF=470μF，Q1=BC549，可用于構(gòu)建一個(gè)齊納晶體管調(diào)節(jié)的4.8V電壓電源(電流為15mA)。該電源可以很容易地為555非穩(wěn)態(tài)電路、閃爍的LED指示燈以及可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LED指示燈的CD4518計(jì)數(shù)器供電。

應(yīng)注意的是，Cac的電抗通常遠(yuǎn)高于功率接收電路的電抗，也因?yàn)槿绱耍娫此坪踉诔洚?dāng)恒流電源的角色。這一類型的電源有助于為低電流(約1mA~100mA)電路供電。