《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種低熱耗功率的電容降壓型直流電源
來源：電子技術(shù)應(yīng)用2013年第11期
余成林1，易茂祥1，陶 金1，方祥圣2
1.合肥工業(yè)大學(xué) 電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，安徽 合肥230009； 2.安徽經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 信息科學(xué)系，安徽 合肥230001
摘要： 電容降壓型直流電源以體積小、成本低的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各類小功率電子設(shè)備中。針對(duì)傳統(tǒng)電容降壓型直流電源電路，通過引入一個(gè)可控硅器件，并對(duì)電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，設(shè)計(jì)出一種新型的電容降壓型直流電源。該電源在輸出負(fù)載變小甚至空載時(shí)，均表現(xiàn)出很低的熱耗功率特性，從而有效地解決了傳統(tǒng)電容降壓型直流電源因熱耗功率過大而導(dǎo)致的發(fā)熱問題。該電源結(jié)構(gòu)簡單，輸出可調(diào)，負(fù)載變化適應(yīng)性強(qiáng)。
中圖分類號(hào)： TN86
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
文章編號(hào)： 0258-7998(2013)11-0067-03
A capacitor step-down DC supply with low thermal power consumption
Yu Chenglin1，Yi Maoxiang1，Tao Jin1，F(xiàn)ang Xiangsheng2
1.School of Electronic Science and Applied Physics, Hefei University of Technology, Hefei 230009，China； 2.Department of Information Science, Anhui Economic Management Institute, Hefei 230001，China
Abstract： The DC supply with capacitor step-down finds widely application in various low-power electronic devices due to small volume and low cost. Based on the classic capacitor step-down DC supply circuit, this paper presents a type of new DC supply by introducing an SCR device and improving circuit structure. The new power supply characterizes a very low thermal power consumption when it works with output load varies dynamically even down to no-load, solving the heating problem resulting from high thermal power consumption of the existing capacitor step-down DC power supply. The new capacitor step-down DC supply is of circuit structure simplicity, output adjustability and load adaptability.
Key words : DC supply；capacitor step-down；thermal power consumption；dynamic load

    目前，從220 V市電直接獲得小容量低壓電源的方法主要包括：利用電阻和穩(wěn)壓二極管組成簡易穩(wěn)壓電源；使用小容量變壓器降壓[1-3]；通過小型開關(guān)變換器[4-7]和使用高壓電容和穩(wěn)壓二極管組成電容降壓型穩(wěn)壓電源[8-10]。其中，普通線性穩(wěn)壓電源效率比較低，電源的變壓器體積大、重量大、成本較高，且開關(guān)電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電源紋波較大，成本高。電容降壓型直流電源具有無隔離、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各類小功率電子設(shè)備，特別是要求無隔離電源的特殊電子設(shè)備中。

    然而，當(dāng)傳統(tǒng)電容降壓型直流電源的負(fù)載減小甚至是開路時(shí)，電源的熱耗功率會(huì)急劇增加，這不僅需要采用額外的散熱措施以保證電路的安全，而且還會(huì)導(dǎo)致電源效率嚴(yán)重下降及電能的浪費(fèi)。這一問題近年來一直沒有得到解決，本文對(duì)傳統(tǒng)電容降壓直流電源電路進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，在保持了電容降壓型直流電源結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本低特點(diǎn)的同時(shí)，電路能根據(jù)負(fù)載的變化動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)市電電能輸入，使電源表現(xiàn)出很低的熱耗功率，且?guī)缀醪皇茇?fù)載變化的影響。


 

 

    只要選取不同穩(wěn)壓值VZ的穩(wěn)壓管就可以得到不同的輸出電壓Vout，然后再根據(jù)Vout和Vin的值選取不同容量的限流電容C1，就可以得到需要的最大輸出電流Iout。所以，本文提出的電源具有很強(qiáng)的通用性。
2.3 特性分析
    實(shí)驗(yàn)中取C1為2μF，D3的穩(wěn)壓值為30 V，C2為220μF，電源輸入為220 V/50 Hz的交流市電。圖4所示為電源輸出電壓Vout和輸出電流Iout之間的關(guān)系。在給定的參數(shù)下，當(dāng)輸出電流小于60 mA時(shí)，電源表現(xiàn)出良好的恒壓源特性；當(dāng)輸出電流超過60 mA后，輸出電壓會(huì)急劇下降。所以，在實(shí)際電路中要根據(jù)負(fù)載需要的最大電流來選擇適量的限流電容值，最好留有一定的余量。

    圖5所示是傳統(tǒng)電容降壓式直流電源的輸入功率Pin（電網(wǎng)消耗功率）與輸出功率Pout（負(fù)載消耗功率）與負(fù)載變化的關(guān)系，而圖6顯示了本文設(shè)計(jì)的直流電源的Pin與Pout隨負(fù)載變化的曲線。可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于傳統(tǒng)電容降壓式直流電源，其輸入功率始終都保持在較高的水平，這意味著電源負(fù)載減小或空載時(shí)熱耗功率會(huì)急劇增加。而采用改進(jìn)結(jié)構(gòu)的電源，其輸入功率對(duì)輸出功率的變化具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，這可以極大地減少輕載或空載時(shí)電源的熱耗功率，使電源更加高效節(jié)能。

    得到兩種電源的熱耗功率與電源輸出功率之間關(guān)系的對(duì)比，如圖7所示?？梢钥闯?，改進(jìn)電源熱耗功率幾乎不隨輸出功率的變化而變化，并保持在極低的水平。

    本文通過在傳統(tǒng)的電容降壓型直流電源電路中引入可控硅調(diào)控機(jī)制，并適當(dāng)改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出一種熱耗功率極低，且對(duì)負(fù)載變化有良好適應(yīng)特性的電容降壓型直流電源。通過選擇穩(wěn)壓管參數(shù)滿足所需要的輸出電壓要求。電源在保持結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本低的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能。可廣泛用于要求無隔離、低熱耗、動(dòng)態(tài)負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)的小功率的電子設(shè)備中。目前用于智能電氣監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)中，實(shí)測(cè)結(jié)果表明電源性能表現(xiàn)良好。
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