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电容的应用之阻容降压电路

2024-07-02 14:10:00
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电路中降压的方法有很多,阻容降压因只需要一个电容和一个电阻就能实现电压降低,成本低,所以使用广泛,在电源电路中,比如小家电(电蚊拍、电饭煲、节能灯,电风扇,温控器,智能电表)都使用了阻容降压电路。

它的工作原理是利用电容在一定频率的交流信号下产生的容抗来限制最大工作电流。电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。

在市电50HZ频率下,它的输出电流一般都小于200mA,输出电压取决于所使用的稳压管稳压值,而输出电流大小取决于电容容量的大小,电容容量越大,电流越大。

阻容降压的完整电路 一般有五大部分组成 :浪涌保护电路、阻容降压电路、整流电路、稳压电路、滤波电路 ,如下图



1 、浪涌保护电路: 这属于市电前级电路,一般都会有保险丝FU,它的作用是防止电路过大电流,一旦电流过大,保险丝会熔断,还有压敏电阻VDR,VDR作用是抑制浪涌电压,一般还有一个限流电阻R,R为20Ω,一般功率2W以上,在有些电路还有热敏电阻PTC;

2 、阻容降压电路: 这是整个电路核心,理解阻容降压电路之前先看看电容如何在交流信号下产生容抗来限制电路的最大工作电流。根据电容容抗的计算公式Xc=1/(2πfC) 可算出容抗大小,(f为市电的频率50Hz,C为电容值的大小),假如降压电容容量1μF,那么将U市电电压220V加在电容上,所产生的容抗约为3183.09Ω,那么流过电容的电流I=U/Xc=69.1mA。

由于其它参数一般为固定值,电路中的降压电容的容量大小决定了降压电路中的电流大小,因此可以根据负载电流的需要选择降压电容的容量大小,220V、50Hz的交流电路中,下表是电容降压电路中电流大小与容量之间的关系,表中所示电流为特定降压电容器容量下的最大电流值。



为保证降压电容 可靠工作,其耐压选择应大于两倍的供电电压。

在这里有一个问题, C为什么不能用电阻代替,那是因为电阻为有功元件,使用电阻降压会在电阻上产生较大的热量损耗,使电源效率降低,长期发热会使电阻损坏,而电容是无功元件,不会有这些问题。

R1为泄放电阻 ,它的作用是保证在规定的时间内泄放掉C上的电荷。泄放电阻大可以降低功耗,但是泄放效果差,降压电容放电时间长。泄放电阻通常为500kΩ~1MΩ,根据降压电容的容量大小需要进行一些微调,以达到更好的泄放效果,下表是泄放电阻与降压电容之间的关系,降压电容大时要求泄放电阻小。


3 、整流电路

一般采用半波整流,对于半波整流二极管的选择,要充分考虑电压波动和最大平均电流 和最高反向工作电压

还可采用全波整流;

4 、稳压电路

稳压管的作用: 当流向负载电流变大 时导致电压上升,稳压管击穿,多余的电流就会流过稳压管,使输出电压降低。

选择稳压二极管时候要保证它流过的最大电流,因为一旦负载开路,稳压管就要承受全部的电流, 造成稳压管烧毁.

5 、滤波电路

滤波主要是电解电容或者钽电容,可根据输出纹波要求选择适当容量的电解电容。

阻容降压输出一般只给对 供电 电源要求不高的电路。

阻容降压电路另外两种形式:

将稳压管ZD1代替二极管D1的位置,得到了以上电路。

交流电压经过电容C降压, D2 半波整流,再经 C1 滤波到得直流工作电压 R1 是泄放电阻。 VD2 是稳压二极管,起稳压作用,并 在负半周为 C 提供放电回路,否则电容 C 充满电后就不工作了。



将半波整流部分更换为全波整流便得到以上电路。

由于半波整流电路的 电流利用率较低 ,为了提高电源电流利用率可使用阻容降压桥式整流电路。

阻容降压电路设计时注意事项:

1 、电容的选择。

在阻容降压电路设计时,电路是通过负载电流大小来决定电容的选择,阻容降压电容的容量选择特别关键,首先我们需要先确定负载最大工作电流,然后通过这个电流值来计算电容容量的大小 (一般负载电阻较小,阻容电路更像恒流源电路,所以可以忽略负载电阻影响

电容选择不能随便使用一种电容,需要选择专用的阻容降压电容,由于普通电容容量衰减较快,容量减少而导致供电不足。

2 、功率的要求。

阻容降压电路仅适合小功率电路中,千万不能使用到大功率电路中,阻容降压电源仅适用于小电流电路。大功率电路中,就需要使用变压器方案。

3 、阻容降压电路的一些优缺点。

优点是成本非常低;电路很小很简单,安装不占用空间 ;工作效率高

缺点是 容易损坏 ,且为非隔离的电源不安全;不能用于大功率负载;不适合容性和感性负载;不适合动态负载。