CN102412742A - 无电源变压器开关电源 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种无电源变压器开关电源。该开关电源由220V交流电源、半波整流电源、15V稳压电路、RC移相电路、场效应管及其控制电路、直流电压输出及滤波电路组成；场效应管及其控制电路由NPN型晶体管VT2、硅整流二极管D3和N沟道场效应管VT1组成。本无变压器开关电源的工作原理与普通开关稳压电源有很多相似之处，但无变压器开关电源不像开关稳压电源那样电路中使用很多电子元件。它是一种新型电子变压器，它具有电路结构简单、输出功率较大、整机重量轻、且易于制作的特点。克服了传统用硅钢片制作变压器有着体积大、笨重、消耗铜材多、价格高等缺陷，所以无变压器开关电源可用于负载变化不大的场合，如：作为各种控制电路的工作电源。

Description

无电源变压器开关电源
技术领域
本发明属于开关电源技术领域，是关于一种无电源变压器开关电源。
背景技术
无变压器开关电源的工作原理与普通开关稳压电源有很多相似之处，但无变压器开关电源不像开关稳压电源那样电路中使用很多电子元件。它也有着阻容降压电路的特点，但本发明比用阻容降压电路制作电源有较大的输出功率。它是一种新型电子变压器，它具有电路结构简单、输出功率较大、工作性能稳定、整机重量轻、且易于制作的特点。克服了传统用硅钢片制作变压器有着体积大、笨重、消耗铜材多、价格高等缺陷，所以无变压器开关电源可广泛用于负载变化不太大的场合，如：作为各种控制电路的工作电源。
以下详细说明无电源变压器开关电源在制作过程中涉及的相关技术内容。
发明内容
发明目的及有益效果：本无变压器开关电源的工作原理与普通开关稳压电源有很多相似之处，但无变压器开关电源不像开关稳压电源那样电路中使用很多电子元件。它也有着阻容降压电路的特点，但本发明比用阻容降压电路制作电源有较大的输出功率。它是一种新型电子变压器，它具有电路结构简单、输出功率较大、工作性能稳定、整机重量轻、且易于制作的特点。克服了传统用硅钢片制作变压器有着体积大、笨重、消耗铜材多、价格高等缺陷，所以无变压器开关电源可用于负载变化不大的场合，如：作为各种控制电路的工作电源。
电路工作原理：220V交流电源经整流二极管D2半波整流和电解电容C2滤波，为N沟道场效应管VT1的栅极和NPN型晶体管VT2的集电极提供直流电压。电阻R1、电位器RP与电容C1组成RC移相电路。整流二极管D3是为电容C1对地充、放电而设。N沟道场效应管VT1的导通与截止受NPN型晶体管VT2的控制。在220V交流电的正半周，通过电阻R1、电位器RP使NPN型晶体管VT2导通。在NPN型晶体管VT2导通期间，N沟道场效应管VT1截止。反之，在NPN型晶体管VT2截止时，N沟道场效应管VT1则导通。整流二极管D1的作用是确保N沟道场效应管VT1只在220V交流电的正半周的初始阶段导通，形成脉冲电流对大容量滤波电容C3充电。RC移相电路产生移相电压，而且当移相电压达到整流二极管D3的门限电压时，NPN型晶体管VT2则导通，使N沟道场效应管VT1截止，进而对滤波电容C3的充电停止。由于N沟道场效应管VT1的漏极串接一只整流二极管D1，故在交流电负半周不能对滤波电容C3充电。尽管在N沟道场效应管VT1导通时产生的脉冲电流宽度很窄，对滤波电容C3的充电时间很短，但由于滤波电容C3的容量非常大，放电时间常数也很大，滤波电容C3上的电压因放电刚开始下降不多的情况下，N沟道场效应管VT1再次导通，又接着对滤波电容C3充电。因此，在滤波电容C3两端可产生比较平滑的直流输出电压。
技术方案：无电源变压器开关电源，由220V交流电源、半波整流电源、15V稳压电路、RC移相电路、场效应管及其控制电路、直流电压输出及滤波电路组成，其特征在于：
半波整流电源：由硅整流二极管D1、电阻R2组成，硅整流二极管D1的正极接220V交流电源的火线端L，硅整流二极管D1的负极接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接N沟道场效应管VT1的漏极D；
15V稳压电路：由硅整流二极管D2、电阻R3、稳压二极管DW和电解电容C2组成，硅整流二极管D2的正极接220V交流电源的火线端L，硅整流二极管D2的负极接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接稳压二极管DW的负极、电解电容C2的正极和NPN型晶体管VT2的集电极，稳压二极管DW的正极和电解电容C2的负极接电路地GND；
RC移相电路：由电阻R1、电位器RP与电容C1组成，电阻R1的一端接220V交流电源的火线端L，电阻R1的另一端接电容C1的一端和电位器RP的一端，电位器RP的另一端接NPN型晶体管VT2的基极，电容C1的另一端接电路地GND；
场效应管及其控制电路：由NPN型晶体管VT2、硅整流二极管D3和N沟道场效应管VT1组成，NPN型晶体管VT2的基极接硅整流二极管D3的负极，硅整流二极管D3的正极和NPN型晶体管VT2的发射极与电路地GND相连，NPN型晶体管VT2的集电极接15V稳压电路的正极和N沟道场效应管VT1的栅极G，N沟道场效应管VT1的漏极D接半波整流电源的正极，N沟道场效应管VT1的源极S接直流电压输出电路的正极；
直流电压输出及滤波电路：电解电容C3的正极和电阻R4的一端接N沟道场效应管VT1的源极S，电解电容C3的负极和电阻R4的另一端接电路地GND。
220V交流电源的零线端N与电路地GND相连。
附图说明
附图1是本发明提供一个无电源变压器开关电源实施例电路工作原理图。
具体实施方式
按照附图1所示无电源变压器开关电源的电路工作原理图和附图说明，并且按照实施例所述的元器件技术要求进行实施即可实现本发明。
元器件的选择及技术参数
VT1为N沟道场效应管，其参数是连续漏电流4.5A，漏极至源极击穿电压500V，漏极至栅极耐压500V，DS(ON)为1.5Ω，封装形式为TO-220A；
VT2为NPN型晶体管，型号为2SC9013，要求β≥100、BVceo≥50V；
D1～D3选用3只1N4007型硅整流二极管，其中要求整流二极管D3的向压降值≤0.74V；DW为稳压二极管，要求其稳压值为15V，功率为0.5W；
电阻选用1/4W金属膜电阻，电阻R1的阻值为470KΩ，电阻R3的阻值为560KΩ；电阻R4的阻值为3.6KΩ；电阻R2是功率2W水泥电阻，阻值6.8Ω；RP为电位器，阻值为100KΩ；
电容C1选用聚丙聚酯涤纶电容，其容量为0.033μF/160V；电容C2的容量为0.01μF/400V；C3为电解电容，容量为1000μF/25V。
电路制作要点及调试
在制作无电源变压器开关电源的过程中，只要选用的元器件性能完好，按照说明书附图1中电路工作原理图所示元器件的连接关系进行正确焊接，该开关电源基本勿需调试，接上220V交流电源即可正常工作；
在电路调整时，先将电位器RP的活动臂置于中间位置，若经过反复调节电位器RP电路仍然不能正常工作，首先要检测整流二极管D3的正向压降值是否在0.74V以下，否则需要调换NPN型晶体管VT2，使其基极与发射极的导通电压值符合要求；本无变压器开关电源的直流输出电压为12V，最大负载电流≥200mA，该无变压器开关电源在空载时的输出电压稍偏高；
需要注意的是：这种无变压器开关电源直接与220V交流电源连接，直流电压输出端与220V交流电源无任何隔离措施。因此，使用中要特别注意安全。

Claims (2)

1.一种无电源变压器开关电源，由220V交流电源、半波整流电源、15V稳压电路、RC移相电路、场效应管及其控制电路、直流电压输出及滤波电路组成，其特征在于：
半波整流电源由硅整流二极管D1、电阻R2组成，硅整流二极管D1的正极接220V交流电源的火线端L，硅整流二极管D1的负极接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接N沟道场效应管VT1的漏极D；
15V稳压电路由硅整流二极管D2、电阻R3、稳压二极管DW和电解电容C2组成，硅整流二极管D2的正极接220V交流电源的火线端L，硅整流二极管D2的负极接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接稳压二极管DW的负极、电解电容C2的正极和NPN型晶体管VT2的集电极，稳压二极管DW的正极和电解电容C2的负极接电路地GND；
RC移相电路由电阻R1、电位器RP与电容C1组成，电阻R1的一端接220V交流电源的火线端L，电阻R1的另一端接电容C1的一端和电位器RP的一端，电位器RP的另一端接NPN型晶体管VT2的基极，电容C1的另一端接电路地GND；
场效应管及其控制电路由NPN型晶体管VT2、硅整流二极管D3和N沟道场效应管VT1组成，NPN型晶体管VT2的基极接硅整流二极管D3的负极，硅整流二极管D3的正极和NPN型晶体管VT2的发射极与电路地GND相连，NPN型晶体管VT2的集电极接15V稳压电路的正极和N沟道场效应管VT1的栅极G，N沟道场效应管VT1的漏极D接半波整流电源的正极，N沟道场效应管VT1的源极S接直流电压输出电路的正极；
直流电压输出及滤波电路中电解电容C3的正极和电阻R4的一端接N沟道场效应管VT1的源极S，电解电容C3的负极和电阻R4的另一端接电路地GND。
2.根据权利要求1所述的无电源变压器开关电源，其特征是：220V交流电源的零线端N与电路地GND相连。
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