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幾個實用電路阻容降壓原理

發(fā)布時間:2018-06-27 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】將交流市電轉(zhuǎn)換為低壓直流的常規(guī)方法是采用變壓器降壓后再整流濾波,當(dāng)受體積和成本等因素的限制時,最簡單實用的方法就是采用電容降壓式電源.


采用電容降壓時應(yīng)注意以下幾點:
 
1 根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當(dāng)?shù)碾娙?而不是依據(jù)負(fù)載的電壓和功率.
 
2 限流電容必須采用無極性電容,絕對不能采用電解電容.而且電容的耐壓須在400V以上.最理想的電容為鐵殼油浸電容.
 
3 電容降壓不能用于大功率條件,因為不安全.
 
4 電容降壓不適合動態(tài)負(fù)載條件.
 
5 同樣,電容降壓不適合容性和感性負(fù)載.
 
6 當(dāng)需要直流工作時,盡量采用半波整流.不建議采用橋式整流.而且要滿足恒定負(fù)載的條件.
 
電路一,
 

 
這一類的電路通常用于低成本取得非隔離的小電流電源。它的輸出電壓通??稍趲追饺龓资Q于所使用的齊納穩(wěn)壓管。所能提供的電流大小正比于限流電容容量。采用半波整流時,每微法電容可得到電流(平均值)為:(國際標(biāo)準(zhǔn)單位)
 
I(AV)=0.44*V/Zc=0.44*220*2*Pi*f*C
 
=0.44*220*2*3.14*50*C=30000C
 
=30000*0.000001=0.03A=30mA
 
如果采用全波整流可得到雙倍的電流(平均值)為:
 
I(AV)=0.89*V/Zc=0.89*220*2*Pi*f*C
 
=0.89*220*2*3.14*50*C=60000C
 
=60000*0.000001=0.06A=60mA
 
一般地,此類電路全波整流雖電流稍大,但是因為浮地,穩(wěn)定性和安全性要比半波整流型更差,所以用的更少。
 
使用這種電路時,需要注意以下事項:
 
1、未和220V交流高壓隔離,請注意安全,嚴(yán)防觸電!
 
2、限流電容須接于火線,耐壓要足夠大(大于400V),并加串防浪涌沖擊兼保險電阻和并放電電阻。
 
3、注意齊納管功耗,嚴(yán)禁齊納管斷開運行。
 
電路二,
 
 
最簡單的電容降壓直流供電電路及其等效電路如圖1,C1為降壓電容,一般為0.33~3.3uF。假設(shè)C1=2uF,其容抗XCL=1/(2PI*fC1)=1592。由于整流管的導(dǎo)通電阻只有幾歐姆,穩(wěn)壓管VS的動態(tài)電阻為10歐姆左右,限流電阻R1及負(fù)載電阻RL一般為100~200,而濾波電容一般為100uF~1000uF,其容抗非常小,可以忽略。若用R代表除C1以外所有元器件的等效電阻,可以畫出圖的交流等效電路。同時滿足了XC1>R的條件,所以可以畫出電壓向量由于R甚小于XC1,R上的壓降VR也遠小于C1上的壓降,所以VC1與電源電壓V近似相等,即VC1=V。根據(jù)電工原理可知:整流后的直流電流平均值Id,與交流電平均值I的關(guān)系為Id=V/XC1。若C1以uF為單位,則Id為毫安單位,對于22V,50赫茲交流電來說,可得到Id=0.62C1。
 
由此可以得出以下兩個結(jié)論:(1)在使用電源變壓器作整流電源時,當(dāng)電路中各項參數(shù)確定以后,輸出電壓是恒定的,而輸出電流Id則隨負(fù)載增減而變化;(2)使用電容降壓作整流電路時,由于Id=0.62C1,可以看出,Id與C1成正比,即C1確定以后,輸出電流Id是恒定的,而輸出直流電壓卻隨負(fù)載電阻RL大小不同在一定范圍內(nèi)變化。RL越小輸出電壓越低,RL越大輸出電壓也越高。C1取值大小應(yīng)根據(jù)負(fù)載電流來選擇,比如負(fù)載電路需要9V工作電壓,負(fù)載平均電流為75毫安,由于Id=0.62C1,可以算得C1=1.2uF??紤]到穩(wěn)壓管VD5的的損耗,C1可以取1.5uF,此時電源實際提供的電流為Id=93毫安。
 
穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值應(yīng)等于負(fù)載電路的工作電壓,其穩(wěn)定電流的選擇也非常重要。由于電容降壓電源提供的的是恒定電流,近似為恒流源,因此一般不怕負(fù)載短路,但是當(dāng)負(fù)載完全開路時,R1及VD5回路中將通過全部的93毫安電流,所以VD5的最大穩(wěn)定電流應(yīng)該取100毫安為宜。由于RL與VD5并聯(lián),在保證RL取用75毫安工作電流的同時,尚有18毫安電流通過VD5,所以其最小穩(wěn)定電流不得大于18毫安,否則將失去穩(wěn)壓作用。
 
限流電阻取值不能太大,否則會增加電能損耗,同時也會增加C2的耐壓要求。如果是R1=100歐姆,R1上的壓降為9.3V,則損耗為0.86瓦,可以取100歐姆1瓦的電阻。
 
濾波電容一般取100微法到1000微法,但要注意其耐亞的選擇.前已述及,負(fù)載電壓為9V,R1上的壓降為9.3V,總降壓為18.3V,考慮到留有一定的余量,因此C2耐壓取25V以上為好。
 
電路三,
 

 
如圖-1,C1 為降壓電容器,D2 為半波整流二極管,D1 在市電的負(fù)半周時給C1 提供放電
 
回路,D3 是穩(wěn)壓二極管R1 為關(guān)斷電源后C1 的電荷泄放電阻。在實際應(yīng)用時常常采用的是圖-2的所示的電路。當(dāng)需要向負(fù)載提供較大的電流時,可采用圖-3 所示的橋式整流電路。整流后未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓一般會高于30 伏,并且會隨負(fù)載電流的變化發(fā)生很大的波動,這是因為此類電源內(nèi)阻很大的緣故所致,故不適合大電流供電的應(yīng)用場合。
 
器件選擇
 
1.電路設(shè)計時,應(yīng)先測定負(fù)載電流的準(zhǔn)確值,然后參考示例來選擇降壓電容器的容量。因為通過降壓電容C1 向負(fù)載提供的電流Io,實際上是流過C1 的充放電電流Ic。C1 容量越大,容抗Xc 越小,則流經(jīng)C1 的充、放電電流越大。當(dāng)負(fù)載電流Io 小于C1 的充放電電流時,多余的電流就會流過穩(wěn)壓管,若穩(wěn)壓管的最大允許電流Idmax 小于Ic-Io 時易造成穩(wěn)壓管燒毀。
 
2.為保證C1 可*工作,其耐壓選擇應(yīng)大于兩倍的電源電壓。
 
3.泄放電阻R1 的選擇必須保證在要求的時間內(nèi)泄放掉C1 上的電荷。
 
設(shè)計舉例
 
圖-2 中,已知C1 為0.33μF,交流輸入為220V/50Hz,求電路能供給負(fù)載的最大電流。
 
C1 在電路中的容抗Xc 為:
 
Xc=1 /(2 πf C)= 1/(2*3.14*50*0.33*10-6)= 9.65K
 
流過電容器C1 的充電電流(Ic)為:
 
Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA。
 
通常降壓電容C1 的容量C 與負(fù)載電流Io 的關(guān)系可近似認(rèn)為:C=14.5 I,其中C 的容量單位是μF,Io 的單位是A。
 
電容降壓式電源是一種非隔離電源,在應(yīng)用上要特別注意隔離,防止觸電。
 
整流后未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓一般會高于30伏,并且會隨負(fù)載電流的變化發(fā)生很大的波動,這是因為此類電源內(nèi)阻很大的緣故所致,故不適合大電流供電的應(yīng)用場合。
 
電容降壓式電源是一種非隔離電源,在應(yīng)用上要特別注意隔離,防止觸電
 
電容降壓的工作原理并不復(fù)雜.他的工作原理是利用電容在一定的交流信號頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大工作電流.例如,在50Hz的工頻條件下,一個1uF的電容所產(chǎn)生的容抗約為3180歐姆.當(dāng)220V的交流電壓加在電容器的兩端,則流過電容的最大電流約為70mA.雖然流過電容的電流有70mA,但在電容器上并不產(chǎn)生功耗,應(yīng)為如果電容是一個理想電容,則流過電容的電流為虛部電流,它所作的功為無功功率.根據(jù)這個特點,我們?nèi)绻谝粋€1uF的電容器上再串聯(lián)一個阻性元件,則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產(chǎn)生的功耗完全取決于這個阻性元件的特性.
 
例如,我們將一個110V/8W的燈泡與一個1uF的電容串聯(lián),在接到220V/50Hz的交流電壓上,燈泡被點亮,發(fā)出正常的亮度而不會被燒毀.因為110V/8W的燈泡所需的電流為8W/110V=72mA,它與1uF電容所產(chǎn)生的限流特性相吻合.同理,我們也可以將5W/65V的燈泡與1uF電容串聯(lián)接到220V/50Hz的交流電上,燈泡同樣會被點亮,而不會被燒毀.因為5W/65V的燈泡的工作電流也約為70mA.因此,電容降壓實際上是利用容抗限流.而電容器實際上起到一個限制電流和動態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓的角色。




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