0 引言

　　隨著科技的發(fā)展,，計(jì)算機(jī)技術(shù),、數(shù)字化技術(shù)以及信息技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)家電，使家電具備智能化和信息網(wǎng)絡(luò)功能,，即智能家電,，智能家用電器體現(xiàn)了家用電器最新技術(shù)面貌。另外,，智能家電的節(jié)能和環(huán)保功能也成為了智能家電發(fā)展的一個(gè)趨勢,。為了實(shí)現(xiàn)智能家電的智能功能，就需要用到實(shí)現(xiàn)這些功能的專用芯片（ASIC）,，因此給這些專用集成芯片提供電源,，成為一個(gè)至關(guān)重要的問題。阻容降壓穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)簡單,，元件少,，制造和使用都較可靠，在家電,、照明等行業(yè)大量應(yīng)用[1,，2]。

　　早期穩(wěn)壓電源電路包括：降壓變壓器,、整流二極管或整流橋,、濾波電容及穩(wěn)壓環(huán)節(jié)組成[3]。由于其消耗有色金屬,，體積大,，價(jià)格高，安裝不便,，為克服這些缺陷,，出現(xiàn)了阻容降壓穩(wěn)壓電路。如圖1所示,，阻容降壓穩(wěn)壓電路節(jié)省了大體積的變壓器,，因此體積、重量及成本都大大降低,。

1 阻容降壓穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)與分析

　　1.1 阻容降壓穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)

　　本文所設(shè)計(jì)的阻容降壓穩(wěn)壓電路如圖2所示,，F(xiàn)use為保險(xiǎn)絲，參數(shù)選取為 1 A/250 V,，當(dāng)輸入端流入大電流,，保險(xiǎn)絲熔斷，從而保護(hù)阻容降壓穩(wěn)壓電路器件不被損壞,。壓敏電阻R0選取14D471K,，用來防浪涌，能夠起到保護(hù)作用,；限流電阻R1,、泄放電阻R2和限流電容C1構(gòu)成阻容降壓電路；D1半波整流二極管,，D2在市電的負(fù)半周時(shí)給C1提供放電回路,；D3、R6為初級(jí)穩(wěn)壓電路,，R3,、C2組成濾波電路，R4,、Q1,、D4構(gòu)成串聯(lián)穩(wěn)壓電路。

　　1.2 阻容降壓及整流電路原理及分析

　　雖然利用變壓器降壓,，可以得到穩(wěn)定的電壓與較高的效率,，由于變壓器包含繞制線圈，會(huì)占用很大的空間,，在實(shí)際布線與安裝時(shí)就會(huì)造成一定的困難,；另一方面，對(duì)于企業(yè)來說,，利用變壓器降壓,，成本也會(huì)增加；阻容降壓的核心元件是一個(gè)電阻和電容并聯(lián),，實(shí)際上就是利用容抗限流,。而電容器起到一個(gè)限制電流和動(dòng)態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓的角色，限流（降壓）電容器C1一定要選擇耐壓高的,，通常要大于兩倍的電源電壓,，因?yàn)楫?dāng)阻容降壓電路空載時(shí)，輸出電壓只有三十多伏,，市電220 V電壓大部分都加到電容C1上,。

　　電容C1的取值，取決于通過的電流,，當(dāng)電容連接到交流電路中,，電容C1的容抗為：

　　式中，XC1為電容的容抗,，f為交流電源的頻率,，C1為電容的容量。因此流過阻容降壓電路的電流為：

　　當(dāng)采用半波整流時(shí),，由于只有交流電的半個(gè)周期通過,，所以有：

　　因此在市電220 V電壓下，每微法的電容得到的電流大小為：

　　。

　　R2為泄放電阻,，當(dāng)正弦波在最大峰值時(shí)刻被切斷時(shí),，電容C1上殘存電荷無法釋放，會(huì)長久存在,，如果人體接觸到C1的金屬部分,，就會(huì)有強(qiáng)烈的觸電可能，而電阻R2的存在,，能夠?qū)埓娴碾姾尚狗诺?，從而保證人、機(jī)安全,。泄放電阻的阻值和電容的大小有關(guān),，一般電容的容量越大，殘存的電荷越多,，泄放電阻的阻值就要選小一些的,。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

　　D1為半波整流二極管,，雖然半波整流效率僅是全波整流的一半,，但不推薦使用橋式整流，因?yàn)樵陔娐分锌傁Ｍ麄€(gè)電路只有一個(gè)公共參考點(diǎn)即接地點(diǎn),。當(dāng)采用阻容降壓方式進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換時(shí),，如果采用橋式整流，在交流端和直流端不可能只有一個(gè)公共參考點(diǎn),，當(dāng)交流端的零線和火線反接時(shí),，直流端的參考點(diǎn)可能會(huì)帶電，因此這種做法不安全,。當(dāng)采用半波整流時(shí),，可以保證交直流端的參考點(diǎn)都接到交流端的零線上，在電路調(diào)試時(shí)可以保證相對(duì)安全一些,，這非常重要,，因此使用半波整流電路。

　　對(duì)于半波整流二極管的選擇,，因?yàn)橐紤]到電網(wǎng)電壓有正負(fù)10%的波動(dòng),，因此整流二極管的最大平均電流IF和最高反向工作電壓URM也應(yīng)至少保留10%的余地，從而保證二極管安全工作,，即選?。?/p>

　　其中U和RL為阻容降壓后的輸出電壓和電路負(fù)載。

　　1.3 穩(wěn)壓電路分析

　　本文所設(shè)計(jì)的初級(jí)穩(wěn)壓電路模型如圖3所示,，在圖3中,，R為限流電阻,，rZ為穩(wěn)壓管的內(nèi)阻，RL為等效負(fù)載,。

　　在初級(jí)穩(wěn)壓電路中,，利用穩(wěn)壓管的電流調(diào)節(jié)作用，通過限流電阻R上電壓或電流的變化進(jìn)行補(bǔ)償,，達(dá)到穩(wěn)壓的目的,。該電路的穩(wěn)壓系數(shù)Sr,。當(dāng)RL為常數(shù)時(shí),。

　　為使Sr數(shù)值小，需增大R,；但在Uo和負(fù)載電流確定的情況下,，若R的取值大，則Ui的取值也會(huì)變大,，這樣導(dǎo)致Sr變大,。因此初級(jí)穩(wěn)壓電路的Sr值一般在0.01左右，初級(jí)穩(wěn)壓后輸出電壓的紋波系數(shù)比較大,，因此初級(jí)穩(wěn)壓性能較差,。

　　初級(jí)穩(wěn)壓后輸出的紋波系數(shù)較大，不能滿足后級(jí)芯片輸入電壓的要求,，引入串聯(lián)穩(wěn)壓電路,，如圖4所示，該電路中引入深度電壓負(fù)反饋使輸出電壓穩(wěn)定,，達(dá)到輸出電壓Uo在Ui變化或負(fù)載電阻RL變化時(shí),，輸出電壓基本不變。

　　對(duì)于圖4所示的串聯(lián)穩(wěn)壓電路,，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起Ui增大,，或負(fù)載電阻RL增大時(shí)，輸出電壓Uo將隨著增大,，晶體管T發(fā)射極電位UE升高,；由于穩(wěn)壓管DZ端電壓保持不變，晶體管T的UBE減小,，晶體管基極電流Ib減小,，發(fā)射極電流Ie也減小，從而使Uo減??；當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起Ui減小，或負(fù)載電阻RL減小時(shí),，輸出電壓Uo將隨著減小,，晶體管T發(fā)射極電位UE降低,；由于穩(wěn)壓管DZ端電壓保持不變，晶體管T的UBE增加,，晶體管基極電流Ib增大,，發(fā)射極電流Ie也增大，從而使Uo增大,；因此可以保持輸出電壓Uo保持不變,。

2 電路仿真和測試

　　本文采用NI公司的Multisim軟件對(duì)阻容降壓的穩(wěn)壓電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真。圖5～圖7為整個(gè)阻容降壓穩(wěn)壓電路的瞬態(tài)分析仿真結(jié)果,，瞬態(tài)分析掃描時(shí)間為1.5 s,。圖5為市電220 V經(jīng)阻容降壓和半波整流后的輸出電壓仿真波形，可以看出輸出電壓的紋波比較大,，交流分量大（即脈動(dòng)大）,；并且會(huì)隨負(fù)載電流的變化發(fā)生很大的波動(dòng)，因此只適用于對(duì)脈動(dòng)要求不高的場合,。圖6為初級(jí)穩(wěn)壓輸出的仿真圖,，可以看出，經(jīng)過初級(jí)穩(wěn)壓后,，電壓紋波變小,，但穩(wěn)壓系數(shù)仍較大，電壓穩(wěn)定在24 V左右,，僅能滿足對(duì)穩(wěn)壓性能要求不高的場合,。圖7為阻容降壓穩(wěn)壓電路最終輸出電壓仿真情況，穩(wěn)壓電路輸出電壓紋波消失,，輸出電壓最終穩(wěn)定在5.085 9 V,，同時(shí)該阻容降壓穩(wěn)壓電路的從上電到穩(wěn)壓的時(shí)間約為241.706 2 ms，滿足高性能電路的穩(wěn)壓需要,。

　　根據(jù)阻容降壓穩(wěn)壓電路的原理圖2,，實(shí)際的阻容降壓穩(wěn)壓電路的測試結(jié)果如圖8所示，圖8(a)為電路上電瞬間的輸出波形,，由于電路從上電到穩(wěn)壓的時(shí)間很短,，所以波形很陡。圖8(b)為最終穩(wěn)壓電路的輸出電壓,，輸出穩(wěn)壓的平均值為5.04 V,，最大值為5.12 V，最小值為4.96 V,，與穩(wěn)壓電路仿真結(jié)果5.085 9 V僅相差0.045 9 V,，因此穩(wěn)壓性能很好，滿足對(duì)輸入電壓為5 V專用芯片（ASIC）供電要求,。

3 結(jié)論

　　本文介紹阻容降壓穩(wěn)壓電路的基本原理,，設(shè)計(jì)出實(shí)用的穩(wěn)壓電路,，通過具體的仿真分析和對(duì)實(shí)際電路的測試，結(jié)果表明該阻容降壓穩(wěn)壓電路能夠輸出穩(wěn)定電壓為5.04 V,；與仿真分析的理想數(shù)值僅相差0.045 9 V,，同時(shí)，該電路結(jié)構(gòu)簡單,，制造成本比較低,，工作性能良好，可靠性高,，在輸入電壓,、負(fù)載、環(huán)境溫度等參數(shù)發(fā)生變化時(shí)仍能保持輸出電壓恒定,，能為ASIC芯片提供穩(wěn)定電源電壓,，目前該阻容降壓穩(wěn)壓電路已經(jīng)廣泛應(yīng)用于具體電子產(chǎn)品中,。

參考文獻(xiàn)

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　　[3] 童詩白,，華成英．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2011．