《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,??梢钥闯觯倪M(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)測結(jié)果表明電源性能表現(xiàn)良好,。
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