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(shí)用的方法就是采用電容降壓式電源。
阻容降壓原理分析及實(shí)際用法
1.阻容降壓簡介
1.1什么是阻容降壓
阻容降壓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。
同時在電容器上串聯(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。
因此,電容降壓實(shí)際上是利用容抗限流,而電容器實(shí)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。
下圖為阻容降壓的典型應(yīng)用電路,C1為降壓電容;R1為C1的泄放電阻,在電源斷開時,電容里的電能在R1當(dāng)中消耗;D1為半波整流二極管;D2在市電的負(fù)半周為C1提供放電回路,否則電容C1充滿電就不工作了;D3為穩(wěn)壓二極管,C2為濾波電容。輸出電壓為穩(wěn)壓二極管D3的穩(wěn)定電壓值
上圖為阻容降壓典型應(yīng)用電路
1.2阻容降壓電路的電流計(jì)算
根據(jù)容抗計(jì)算公式:Xc=1/(2πfC)
因?yàn)槭须婎l率為50HZ,所以f=50HZ,C=1uF,將其代入容抗計(jì)算公式中可以算出1uF的電容容抗約為3185Ω,在通過歐姆定律U=IR,我們可以算出流過1uF電容的最大電流為0.069A,也就是約等于70mA。
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,因?yàn)槿绻娙菔且粋€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(diǎn),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。
1.3阻容降壓電路中降壓電容大小的選擇
在我們實(shí)際設(shè)計(jì)電路當(dāng)中,我們通常選用只需要記住1uF電容的最大電流為70mA,通過確定負(fù)載通過電流的準(zhǔn)確值來判斷我們所需的電容大小。通過降壓電容C1向負(fù)載提供的電流Io,實(shí)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。所以得出結(jié)論:容值與最大通過電流成正比。(電容降壓電路不適合有極性的電容)
還得注意的是,阻容降壓電路的壽命關(guān)鍵在于 降壓電容,所有的電容都會有衰減,容量會變得越來越低,在選取的時候應(yīng)該選擇專用的阻容降壓電容,相對來說衰減慢一些,電路壽命也會更長。結(jié)合成本和使用壽命,我們通常會選擇CBB電容。
1.4阻容降壓電路中穩(wěn)壓二極管選型注意
需要注意的是當(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,如果此時流過穩(wěn)壓二極管的電流Ic - Io大于穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流Idmax,那么極易造成穩(wěn)壓管的燒毀。所以我們在選擇穩(wěn)壓管參數(shù)的時候也要注意一下穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流,一般穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流應(yīng)該取比通過電容電流大一些,穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值應(yīng)等于負(fù)載電路的工作電壓。
1.5重點(diǎn)總結(jié)
阻容降壓電路中,所限制的是這個電路工作的最大電流,電流大小由電容的值決定,而最終的輸出電壓由穩(wěn)壓二極管決定。
2.實(shí)際運(yùn)用
2.1阻容降壓-半波整流電路
在實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中,我們可以用下圖代替剛剛上面的阻容降壓典型應(yīng)用電路,這里用了Z1正向特性和反向特性,其反向特性(也就是穩(wěn)壓特性)來穩(wěn)定電壓,其正向特性用來在市電負(fù)半周給C1提供放電回路。
上圖為阻容降壓全波整流電路
上圖為阻容降壓半波整流電路負(fù)半周電流流向
2.2阻容降壓全波整流
實(shí)際上,我們并建議在阻容降壓中使用全波整流電路。因?yàn)槿ㄕ鲗Ρ绕鸢氩ㄕ鞔嬖谝欢ǖ陌踩[患,其次多了兩三個整流二極管的成本。下面是我在網(wǎng)上找到的詳細(xì)說明:
半波整流電流利用率只有全波整流的一半,但是在阻容降壓電路很少用橋式整流,這是由于在電路中我們總希望電路只有一個公共參考點(diǎn),也就是接地點(diǎn)。如果采用橋式整流,在交流輸入端和直流輸出端可能出現(xiàn)不同公共參考點(diǎn),也就是說當(dāng)交流輸入端的N線和L線反接時,直流輸出端的參考點(diǎn)可能會帶電,這樣存在安全隱患;而用半波整流時,直流輸出端的地線一直與交流輸入端的N相連,這樣在電路調(diào)試時相對安全一些,但是,也不是絕對安全的,畢竟是非隔離電源,但這只是相對而言,因此在很多的場合,我們基本上采用半波整流,另外還有一方面就是省去了兩個整流二極管甚至三個。
上圖為阻容降壓全波整流電路3.阻容降壓電路優(yōu)缺點(diǎn)
阻容降壓有一些很明顯的缺點(diǎn),很多地方都已經(jīng)淘汰了,但是在我的工作的場景下,一些低成本小功耗的場合還是能見到他的身影的。
3.1阻容降壓優(yōu)點(diǎn):
1.成本低!
2.體積小
3.電容本身不消耗能量,因?yàn)樵诶硐霠顟B(tài)下正弦交流波,電壓與電容電流相差90°的電角度,所以電容所做的功屬于是無用功,也就沒有能量的消耗。
3.2阻容降壓缺點(diǎn):
1.安全性低
阻容降壓電路不是隔離電源,要防止人體直接接觸,有一定的觸電危險性;
剛剛上面也講了橋式整流比半波整流的不安全。
在進(jìn)行調(diào)試時一定要檢測電路是否正確,且不要用手去觸碰,安全第一,一定要小心!
2.不適合容性、感性負(fù)載,只適合阻性負(fù)載
感性負(fù)載一般是指帶有電感參數(shù)的負(fù)載,負(fù)載電流滯后負(fù)載電壓一個相位差特性的為感性負(fù)載。
容性負(fù)載一般是指帶電容參數(shù)的負(fù)載,負(fù)載電流超前負(fù)載電壓一個相位差特性的為容性負(fù)載。
3.耐沖擊性不好,不適用于動態(tài)負(fù)載