低功率无变压器电源的设计

　　如果负载电流只有几十毫安，就无需使用大型、昂贵且笨重的变压器即可将输入交流电压转换为直流电压。没有变压器的替代方案也更便宜、更轻，并且占用空间更小。无变压器电源分为两类：电容式和电阻式，具体取决于电路类型。现在我们将研究每种电路类型的特性、如何评估所涉及电子元件的功率以及应采取哪些安全预防措施。
　　无变压器电容式电源
　　图 1 显示了无变压器电容式电源的原理图。下面提供了可用于确定所需元件值的公式。交流电源电压的线和中性线分别用 L 和 N 表示，而输出电压和电流分别用 V OUT和 I OUT表示。电阻器 R1 和 C1 的电抗都用于降低浪涌电流，浪涌电流可能会导致元件损坏。D2 是典型的硅二极管，其任务是整流交流电压，而 D1 是齐纳二极管，可提供稳定的参考电压。

　

　　图 1：电容式无变压器电源（图片：Microchip）

　　只要输出电流 IOUT小于 或等于输入电流 IIN ，负载上的电压就保持恒定，输入电流IIN的值可以通过以下公式计算：

　　其中 V Z 是齐纳电压，  V RMS 是输入交流电压的 RMS 值，  f是其频率。I IN的 值  应与负载功率需求相匹配，而其值则应用于为每个组件选择正确的功率额定值。输出电压 V OUT 可按以下公式计算：

低功率无变压器电源的设计其中 V D 是 D 2上的正向偏置电压 （对于普通硅二极管，为 0.6–0.7 V）。至于 R 1，建议选择一个功率至少为理论值 P R1两倍的组件 ，如下所示：

　　电容器 C 1（此类电路的名称由此而来）的电压应至少为交流电源电压的两倍（例如，美国的 250 V）。二极管 D 1 的 功率应至少为理论值的两倍，理论值由以下公式给出：二极管D 2

的功率也是如此 ，此时可以使用恒定电压值 0.7 V 代替 V Z。对于 C 2，通常使用电解电容器，其电压至少为 V Z的两倍。

　　与基于变压器的解决方案相比，电容式解决方案的主要优势在于尺寸、重量和成本的降低。与下一段中介绍的电阻式解决方案相比，此电路可让您获得更高的效率。缺点是缺乏与交流输入电压的隔离，并且成本高于电阻式解决方案。
　　无变压器电阻电源

　　同样，在无变压器电阻电源中，  只要电流 I OUT 小于或等于输入电流 I IN ，输出电压V OUT就会保持恒定。然而，不同之处在于，现在浪涌电流限制仅由电阻器R 1执行。输出电压 V OUT 可以使用与电容电源相同的公式来计算，而输入电流 I IN 现在可以通过应用以下公式获得：

　　与前一种情况一样，所选元件的功率值必须至少为理论功率值的两倍，理论功率值可通过应用欧姆定律计算得出（ 电阻 R 1的P = R × I 2 ， 二极管 D 1 和 D 2的 P = V × I  ）  。电解电容器 C 2 的 尺寸必须与电容情况相同。
　　与基于变压器的电路相比，电阻电源具有尺寸小、重量轻的优点，是的解决方案。但即使在这种情况下，它也没有与交流电源隔离，效率也低于电容方案。