一種低熱耗功率的電容降壓型直流電源

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?？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(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)系的對比，如圖7所示。可以看出，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?？蓮V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)測結(jié)果表明電源性能表現(xiàn)良好。
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