04.25 電容降壓電路原理、設計——掀起你的紅蓋頭

  • 一直以來電源降壓主要採用變壓器進行,根據負載需要變換出不同等級的電壓,它的主要缺點就是體積大、成本高,有損耗。隨著電子產品製造技術的進步,一種耐高壓、大容量的電容器---CBB的出現,給人們帶來了希望。於是一種簡單、低成本的

    阻容降壓電路應用而生,在小型電器設備中得到了廣泛的應用,現在我們就揭開它神秘的面紗吧。樣品見下圖。

電容降壓電路原理、設計——掀起你的紅蓋頭

  • 需要指出的是電容能夠降壓,不是近幾年才發現的,而是自從有了交流電人們就認識了交流電通過電容後所表現的性質:

  • 1.交流電能夠通過電容,但電流超前於電壓90°;且對交流電呈現阻抗(容抗),容抗大小Xc=1/2πfC,f交流電頻率,C電容容量;通過電容器的電流I=U/Xc。

  • 2.當電阻(負載)與電容串聯後,電流超前於電壓不再是90°,而是小於90度,阻抗IZI=√R2+Xc2;通過阻容電路的電流I=U/IZI。這樣加在電阻上的電壓可以通過改變容抗來改變,這就是電容降壓的原理。

  • 3.電容降壓有什麼好處呢?交流電通過電容,雖然有容抗,但沒有能量消耗,只存在電能的交換,這是其一;其二,電容體積小,不佔地方;其三,成本低,可以大規模生產;鑑於以上三個因素,阻容降壓電路得到了廣泛的應用。

電容降壓電路原理、設計——掀起你的紅蓋頭

  • 非常典型的兩種電容降壓電路;半波整流型、橋式整流型,其工作過程:市電---降壓--整流--濾波,如下圖

電容降壓電路原理、設計——掀起你的紅蓋頭

電容降壓電路原理、設計——掀起你的紅蓋頭

  • 電路組成:降壓電容C1作用就是限流、降壓;,卸荷電阻R的作用就是當電路斷開時,為C1提供放電通道。VD2整流,VD1為電容C1負半周提供放電通道;穩壓管VS穩壓作用;C2濾波作用。

  • 對於半波整流電路,每微法能提供的電流為30mA,推導過程,Ic=U/Xc,半波整流平均電壓為220×0.44v,故Ic=0.45×220×2×3.14×50×C=C30mA。採用橋式整流為60mA,推導過程同上,這裡是指電容能提供的最大電流,將電阻省略了,因為電容如果很大,就不合算了一般在0.33uF-2.5uF之間,負載電阻較小,這個總阻抗近似和容抗相同。這個關係很重要在下面的設計中我們要用到它。

  • 半波整流電路元件的選擇:在已知電源電壓(U1=220V)、負載電壓U2、負載電流I的條件下進行選擇.。與變壓器降壓不同,該電路是依據負載電流選定電容器,變壓器電源是通過負載電壓和功率選擇的。

  1. 電容的選擇,降壓電容C1,根據上述公式C1≥I/30,C1電容量,單位微法uF,I為電路輸出電流,也即負載電流,單位mA。Uc的耐壓大於等於√2U1;C2的容量一般大於50微法,耐壓≥2U2,越大越好,同時考慮體積、成本問題。

  2. 穩壓管Vs的選擇:主要是穩壓值和最大反向電流兩個參數。穩壓值Uz=輸出電壓U2;最大反向電流大於等於1.5*I2,即輸出電流的1.5倍;

  3. 二極管VD1、VD2的選擇,最大整流電流Im≥2*I2,最大反向電流大於≥2U2

  4. 放電電阻R的取值與C1有關,見下表,額定功率1/2W

電容降壓電路原理、設計——掀起你的紅蓋頭

  • 橋式整流電路元件選擇依據基本同上,不過C1≥I/60,整流二極管電流為輸出電流的一半,其它相同。

  • 任何事物都不是十全十美的,阻容降壓電路也一樣,存在的問題:

  1. 它不是隔離電源,不安全,也就是220v電源能傳到負載,有觸電危險性;橋式整流比半波整流更差。

  2. 不能用於大功率,如果需要大功率則必須增加電容量,這樣就不划算了;

  3. 不適合容性、感性負載;會喪失其優越性;

  4. 不適合動態負載;

  • 為了提高電路的穩定性、可靠性,有的電路增加了壓敏電阻、保險管等,這裡不再敘述。



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