《電子技術(shù)應用》
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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 電子科學與應用物理學院，安徽 合肥230009； 2.安徽經(jīng)濟管理學院 信息科學系，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，廣泛應用于各類小功率電子設(shè)備中。針對傳統(tǒng)電容降壓型直流電源電路，通過引入一個可控硅器件，并對電路結(jié)構(gòu)進行適當調(diào)整，設(shè)計出一種新型的電容降壓型直流電源。該電源在輸出負載變小甚至空載時，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致的發(fā)熱問題。該電源結(jié)構(gòu)簡單，輸出可調(diào)，負載變化適應性強。
中圖分類號： TN86
文獻標識碼： A
文章編號： 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，被廣泛應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，當傳統(tǒng)電容降壓型直流電源的負載減小甚至是開路時，電源的熱耗功率會急劇增加，這不僅需要采用額外的散熱措施以保證電路的安全，而且還會導致電源效率嚴重下降及電能的浪費。這一問題近年來一直沒有得到解決，本文對傳統(tǒng)電容降壓直流電源電路進行改進設(shè)計，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、成本低特點的同時，電路能根據(jù)負載的變化動態(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)缀醪皇茇撦d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的通用性。
2.3 特性分析
    實驗中取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，當輸出電流小于60 mA時，電源表現(xiàn)出良好的恒壓源特性；當輸出電流超過60 mA后，輸出電壓會急劇下降。所以，在實際電路中要根據(jù)負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（負載消耗功率）與負載變化的關(guān)系，而圖6顯示了本文設(shè)計的直流電源的Pin與Pout隨負載變化的曲線?？梢园l(fā)現(xiàn)，對于傳統(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，這意味著電源負載減小或空載時熱耗功率會急劇增加。而采用改進結(jié)構(gòu)的電源，其輸入功率對輸出功率的變化具有動態(tài)響應特性，這可以極大地減少輕載或空載時電源的熱耗功率，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)系的對比，如圖7所示?？梢钥闯?，改進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)控機制，并適當改進電路結(jié)構(gòu)，設(shè)計出一種熱耗功率極低，且對負載變化有良好適應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、成本低的特點基礎(chǔ)上，實現(xiàn)高效節(jié)能?？蓮V泛用于要求無隔離、低熱耗、動態(tài)負載適應性強的小功率的電子設(shè)備中。目前用于智能電氣監(jiān)控模塊設(shè)計中，實測結(jié)果表明電源性能表現(xiàn)良好。
參考文獻
[1] 劉建，高振鈴.直流穩(wěn)壓電源設(shè)計[J].河北建筑工程學院學報，2008，12(4)：69-71.
[2] 王聰敏，李少娟，林艷紅，等.直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計[J].西安郵電學院學報，2011，16(1)：103-105.
[3] 劉夢成.交流穩(wěn)壓電源的設(shè)計[J].天津理工大學學報，2012，28(4)：28-31.
[4] 李文，雷虹，馮進軍，等.小型高效小功率開關(guān)電源的設(shè)計[J].電力電子技術(shù)，2006，40(5)：110-111，142.
[5] 陳富軍，衡耀付，季鋼.新型開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)化設(shè)計與實現(xiàn)[J].河南大學學報(自然科學版)，2010，40(4)：357-360.
[6] Ou Shengyuan，HSIAO H P.Analysis and design of a novel single-stage switching power supply with half-bridge topology[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2011，26(11)：3230-3241.
[7] Wang Jianping，Lu Shan，Wu Huanhuan，et al.Design and implementation of switching power supply for wheeled mobile robot[C].2010 International Conference on Electrical and Control Engineering，2010，10(11)：3543-3545.
[8] 金永鎬，金海山.基于電解電容降壓的小容量直流穩(wěn)壓電源[J].信息技術(shù)，2006，19(10)：65-67.
[9] 王智昊，王志強.一種新穎的電容降壓型直流穩(wěn)壓輔助電源[J].電源世界，2004，23(11)：26-28.
[10] 趙軍芳.一種小型直流電源的可靠設(shè)計[J].儀器儀表用戶，2003，10(2)：49-50.

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