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：利用電阻和穩壓二極管組成簡(jiǎn)易穩壓電源；使用小容量變壓器降壓[1-3]；通過(guò)小型開(kāi)關(guān)變換器[4-7]和使用高壓電容和穩壓二極管組成電容降壓型穩壓電源[8-10]。其中，普通線(xiàn)性穩壓電源效率比較低，電源的變壓器體積大、重量大、成本較高，且開(kāi)關(guān)電源結構復雜、電源紋波較大，成本高。電容降壓型直流電源具有無(wú)隔離、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于各類(lèi)小功率電子設備，特別是要求無(wú)隔離電源的特殊電子設備中。
然而，當傳統電容降壓型直流電源的負載減小甚至是開(kāi)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 )導致電源效率嚴重下降及電能的浪費。這一問(wèn)題近年來(lái)一直沒(méi)有得到解決，本文對傳統電容降壓直流電源電路進(jìn)行改進(jìn)設計，在保持了電容降壓型直流電源結構簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、成本低特點(diǎn)的同時(shí)，電路能根據負載的變化動(dòng)態(tài)地調節市電電能輸入，使電源表現出很低的熱耗功率，且幾乎不受負載變化的影響。

只要選取不同穩壓值VZ的穩壓管就可以得到不同的輸出電壓Vout，然后再根據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(shí)驗中取C1為2μF，D3的穩壓值為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。在給定的參數下，當輸出電流小于60 mA時(shí)，電源表現出良好的恒壓源特性；當輸出電流超過(guò)60 mA后，輸出電壓會(huì )急劇下降。所以，在實(shí)際電路中要根據負載需要的最大電流來(lái)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顯示了本文設計的直流電源的Pin與Pout隨負載變化的曲線(xiàn)?？梢园l(fā)現，對于傳統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(zhù)電源負載減小或空載時(shí)熱耗功率會(huì )急劇增加。而采用改進(jìn)結構的電源，其輸入功率對輸出功率的變化具有動(dòng)態(tài)響應特性，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(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(guò)在傳統的電容降壓型直流電源電路中引入可控硅調控機制，并適當改進(jìn)電路結構，設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(guò)選擇穩壓管參數滿(mǎn)足所需要的輸出電壓要求。電源在保持結構簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、成本低的特點(diǎn)基礎上，實(shí)現高效節能?？蓮V泛用于要求無(wú)隔離、低熱耗、動(dòng)態(tài)負載適應性強的小功率的電子設備中。目前用于智能電氣監控模塊設計中，實(shí)測結果表明電源性能表現良好。
參考文獻
[1] 劉建，高振鈴.直流穩壓電源設計[J].河北建筑工程學(xué)院學(xué)報，2008，12(4)：69-71.
[2] 王聰敏，李少娟，林艷紅，等.直流穩壓電源的設計[J].西安郵電學(xué)院學(xué)報，2011，16(1)：103-105.
[3] 劉夢(mèng)成.交流穩壓電源的設計[J].天津理工大學(xué)學(xué)報，2012，28(4)：28-31.
[4] 李文，雷虹，馮進(jìn)軍，等.小型高效小功率開(kāi)關(guān)電源的設計[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(kāi)關(guān)穩壓電源的優(yōu)化設計與實(shí)現[J].河南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)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" style="color: rgb(229, 0, 20); text-decoration: none; font-weight: bold; ">ledmobile 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計[J].儀器儀表用戶(hù)，2003，10(2)：49-50.