稳压Uout电容整流。方案、说明

稳定Uout 电容整流器。无线电电子电气工程百科全书

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从最新的出版物 [1...5] 来看，业余无线电爱好者对带有失超电容器的低功率无变压器整流器的兴趣并未减弱。

事实上，负载功率以瓦特为单位和分数，它们比具有网络变压器或高频转换器的设备更有效。已发表的电容器整流器设计的缺点是它们的输出电压强烈依赖于负载的存在或断开及其大小。这种依赖性通常通过在整流器输出端加入一个齐纳二极管来消除，因为它既是稳压器又是不受欢迎的负载镇流器。消耗与负载电流相称的电流。大量功率在其上无用地消散，并且必须放置在散热器上。在[2]中，它需要一个面积为25平方厘米的散热器。散热器增加了整流器的尺寸和重量，这是第二个缺点。在[2]中，作者通过在输入电路中使用不是一个，而是两个网络电容器，作为电容器分压器连接，部分解决了第一个问题。这导致失超电容器的电容增加，并因此导致尺寸和重量增加。此外，网络中无功电流的比例增加了，这也是不可取的。

我提供了一种无变压器电容器整流器，它在所有可能的操作模式（从空闲到额定负载）下都能自动稳定输出电压，没有列出的缺点。

这是由于产生输出电压的原理发生了根本性变化 - 而不是由于稳压二极管电阻两端的电源电压的整流半波的电流脉冲的电压降，如在所描述的设备中（图. 1)，但是由于二极管电桥连接到存储电容器C2的时间的变化（图2）。

稳压Uout电容整流器
Ris.1

稳压Uout电容整流器
Ris.2

在所描述的设备中，该时间是恒定的并且等于电源电压的整个周期。然而，如果在网络半周期的一部分持续时间内，桥的输出与密钥 K 短路，并且在半周期的剩余部分，密钥 K 被打开，此时当电桥的输出电流对电容器 C2 充电时，其上的电压将取决于该剩余部分相对于整个网络半周期的份额。如果像 PWM 一样，根据 C2 上的电压自动更改按键打开状态的时间，则可以自动稳定电容器整流器的输出电压。

稳压电容整流器的示意图如图 3 所示。与二极管电桥的输出并联，晶体管 VT1 连接，工作在键模式（图 2 中的键 K）。

稳压Uout电容整流器
Ris.3

关键晶体管VT1的基极通过阈值元件（齐纳二极管VD3）连接到存储电容器C2，由二极管VD2从桥的输出端隔开直流电，以防止在VT1开路时快速放电。只要 C2 上的电压小于稳定电压 VD3，整流器就会以已知方式工作。当 C2 上的电压升高，VD3 开启时，晶体管 VT1 也开启并分流整流桥的输出。结果，电桥输出端的电压突然下降到几乎为零，这导致C2上的电压下降，随后齐纳二极管和开关晶体管关闭。此外，电容器C2上的电压再次增加，直到齐纳二极管和晶体管导通等。这些过程提供了输出电压的自动稳定。

在整流器的空闲模式下，关键晶体管 VT1 在市电电压的大部分半周期内都是开路的，并且具有长时间停顿的窄电流脉冲到达存储电容器 C2（图 4a）。当连接负载时，晶体管的开路状态持续时间减少（图 4b）。这导致通过 VD2 到 C2 的电流脉冲的持续时间增加，并增加其两端的电压，即使输出电压保持在同一水平。输出电压的自动稳定过程与具有脉宽调节的开关稳压器的操作非常相似。只有在所提出的器件中，脉冲重复率才等于 C2 处的电压纹波频率（在图 3 的电路中，该频率为 100 Hz）。

稳压Uout电容整流器

降低损耗的关键晶体管VT1应具有高增益，例如复合KT972A、KT829A、KT827A等。

根据图 3 的方案组装的稳压整流器提供以下输出电压： - 空闲时 - 11,68 V； - 负载为 290 欧姆 - 11,6V-

输出电压如此小的差异（仅 0,08 V）证实了输出电压的良好稳定性以及正确选择该负载的失超电容器 C1 的电容值。随着其电容减小到 0,5 μF，该差异达到 0,16 V。290 ohms 负载下的纹波电压不超过 40 mV。该值由平滑电容器C2的电容和基极电路VT1的灵敏度决定。

您可以通过使用更高电压的齐纳二极管或两个串联的低压齐纳二极管来增加整流器的输出电压。使用两个齐纳二极管 D814V 和 D814D 以及 1 μF 的电容器 C2 的电容，在电阻为 250 欧姆的负载上的输出电压可以是 23 ... 24 V。

给出的示例显示了如何通过实验选择无变压器电容器整流器的元件，以在给定负载下实现所需的稳定电压。

根据所提出的方法，可以稳定例如根据图5中的方案制造的半波二极管电容器整流器的输出电压。对于具有正输出电压的整流器，npn晶体管KT1A或KT972A与二极管VD829并联，通过齐纳二极管VD3由整流器的输出控制。

稳压Uout电容整流器
Ris.5

当电容器C2达到与齐纳二极管打开的瞬间对应的电压时，晶体管VT1也打开。结果，通过VD2二极管提供给C2的电压的正半波幅度几乎减小到零。当 C2 上的电压降低时，由于齐纳二极管，晶体管 VT1 关闭，这导致输出电压增加。

该过程伴随着输入 VD2 处脉冲持续时间的脉冲宽度控制，类似于根据图 3 中的电路在整流器中发生的情况。因此，电容器 C2 两端的电压在空闲和负载下都保持稳定。

在具有负输出电压的整流器中，与 VD1 二极管并联，您需要打开 p-n-p 晶体管 KT973A 或 KT825A。负载为 470 欧姆的输出稳压约为 11V，纹波电压为 0,3 ... 0,4 V。

在两种建议的无变压器整流器版本中，齐纳二极管以脉冲模式在几毫安的电流下工作，这与整流器的负载电流没有任何关系，淬火电容器的电容和电源电压的波动。因此，它的损失显着减少，并且不需要散热。关键晶体管也不需要散热器。

图 1 和图 2 中的电阻器 R3、R5 限制设备连接到网络时瞬态期间的输入电流。由于电源插头和插座的触点不可避免地会发生“弹跳”，因此开关过程中会伴随着一系列的短路和断路现象。通过这些短路之一，猝灭电容器 C1 可以充电至电源电压的全幅值，即高达约 300 V。在由于“弹跳”而导致断路和随后的短路之后，该电压与电源电压总计可达约 600 V。这是为确保可靠运行而必须考虑的最坏情况设备的。

具体示例：KT972A晶体管的最大集电极电流为4A，因此限流电阻的总阻值应为

600V/4A=150欧姆。

为了减少损耗，电阻R1的阻值可选为51欧姆，电阻R2的阻值可选为100欧姆。它们的耗散功率不小于0,5W。 KT827A晶体管允许的集电极电流为20A，因此电阻R2是可选的。

文学

1. Dorofeev M. 带淬火电容器的无变压器。 - 广播电台，1995 年，N1，S.41,42； #2，第 36,37 页。
2. Khukhtikov N. Charger。 -无线电，1993，N5，S.37。
3. Biryukov S. 使用灭弧电容器计算网络电源。 -无线电，1997.#5.C.48-50。
4. Khovaiko O. 带有电容分压器的电源。- Radio，1997.#11.C.56。
5. Bannikov V。无变压器电源的简化计算。 - 业余无线电爱好者，1998 年，#1，S.14-16； N2，C16,17，XNUMX。
6. 无线电年鉴，1991 年，第 80 页。

作者：N.Tsesaruk，图拉；出版：N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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