阻容降壓

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　　阻容降壓是利用電容在一定的交流信號頻率下產生的容抗來限制最大工作電流。

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　　例如，在50Hz的工頻條件下，一個1uF的電容所產生的容抗約為3180歐姆。當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生功耗，因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。根據這個特點，我們如果在一個1uF的電容器上再串聯一個阻性元件，則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產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，在接到220V/50Hz的交流電壓上，燈泡被點亮，發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分配電容器和負載兩端電壓的角色。

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　　采用電容降壓時應注意以下幾點：

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　　1. 根據負載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當的電容，而不是依據負載的電壓和功率。

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　　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。

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　　3. 電容降壓不能用于大功率負載，因為不安全。

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　　4. 電容降壓不適合動態負載。

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　　5. 同樣，電容降壓不適合容性和感性負載。

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　　6. 當需要直流工作時，盡量采用半波整流。不建議采用橋式整流， 因為全波整流產生浮置的地，并在零線和火線之間產生高壓，造成人體觸電傷害。而且要滿足恒定負載的條件。

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　　容降壓式簡易電源的基本電路如圖1，C1為降壓電容器，VD2為半波整流二極管，VD1在市電的負半周時給C1提供放電回路，VD3是穩壓二極管，R1為關斷電源后C1的電荷泄放電阻。在實際應用時常常采用的是圖2的所示的電路。當需要向負載提供較大的電流時，可采用圖3所示的橋式整流電路。

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　　器件選擇

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　　1.電路設計時，應先測定負載電流的準確值，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C1的充、放電電流越大。當負載電流Io小于C1的充放電電流時，多余的電流就會流過穩壓管，若穩壓管的最大允許電流Idmax小于Ic-Io時易造成穩壓管燒毀。

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　　2.為保證C1可靠工作，其耐壓選擇應大于兩倍的電源電壓。

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　　3.泄放電阻R1的選擇必須保證在要求的時間內泄放掉C1上的電荷。

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　　設計舉例

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　　圖2中，已知C1為0.33μF，交流輸入為220V/50Hz，求電路能供給負載的最大電流。

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　　C1在電路中的容抗Xc為：

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　　Xc=1 /（2 πf C）= 1/（2*3.14*50*0.33*10-6）= 9.65K

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　　流過電容器C1的充電電流（Ic）為：

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　　Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA。

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　　通常降壓電容C1的容量C與負載電流Io的關系可近似認為：C=14.5I，其中C的容量單位是μF，Io的單位是A。

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　　電容降壓式電源是一種非隔離電源，在應用上要特別注意隔離，防止觸電。

　　1、電容降壓原理：

　　利用電容在一定的交流信號頻率下產生的容抗來限制最大工作電流。

　　注：電容降壓電路中，在電容器上不會產生功耗，因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，它所做的功為無功功率。所以在一個1uF的電容器上再串聯一個阻性組件，則阻性組件兩端所得到的電壓和它所產生的功耗完全取決于這個阻性組件的特性。因此，電容器實際上起到一個限制電流和動態分配電容器和負載兩端電壓的角色。

　　2、使用電容降壓注意點：

　?。?）電容的選取應根據負載的電流大小和交流電的工作頻率來決定；

　?。?）限流電容必須采用無極性電容；且，如果電源電壓為110V時，電容的耐壓值必須在275V以上；如果電源電壓為220V時，電容的耐壓值需在600V以上。最理想的電容為鐵殼油浸電容；

　?。?）電容降壓不能用于大功率負載；

　　（4）限流電容須接于火線，且電容降壓不適合動態負載；

　?。?）電容降壓不適合容性和感性負載；

　?。?）需要直流工作時，盡量采用半波整流。不建議采用橋式整流，因為全波整流產生浮置的地，會在陵縣和火線之間產生高壓，容易造成人體觸電傷害。并且需要滿足恒定負載的條件。

　　（7）當電容C確定后，輸出電流I是恒定的，而且輸出直流電壓隨著負載電阻RL大小的不同在一定范圍內變化。RL越小輸出電壓越低，RL越大輸出電壓越高。

　?。?）穩壓管的穩壓值應等于負載電路的工作電壓。穩壓管的最大穩定電流應該取比通過電容電流大一些，而最小穩定電流不得大于通過RL的電流。

　　3、示例分析：

　　下圖中，C1為降壓電容，一般為0.33-3.3uF。在此設為C1=2uF，整流管的導通電阻通常為幾歐姆，穩壓管VS的動態電阻為10歐姆左右，限流電阻R1及負載電阻RL一般為100-200歐姆，濾波電容一般為100uF-1000uF，其容抗可忽略。因此，可將圖1電路等效為圖2的交流電路，且滿足容抗XC1》R的條件。

　　電容C1的容抗XC1為：

　　XC1 =1/（2PI*fC1）= 1/（2*3.14*50*2uF）=1592歐姆

　　由于R遠小于XC1，則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。則有：

　　整流后的直流電流平均值Id為：

　　Id =V/XC1=V*（2PI*fC1）= 0.62C1（mA）

　　結論：

　　（1）在使用電源變壓器做整流電源時，當電路中各項參數確定后，輸出電壓是恒定的，而輸出電流Id隨負載增減變化；

　?。?）使用電容降壓做整流電路時，由于Id=0.62C1，則Id與C1成正比，則當C1確定后，輸出電流Id是恒定的，輸出直流電壓隨負載電阻RL大小的不同在一定范圍變化。RL越小，輸出電壓越低；RL越大，輸出電壓越高。

　　C1取值選擇：

　　C1的大小應根據負載電流來選擇，如負載電路工作電壓為9V，負載平均電流為75毫安，則有Id=0.62C1，可得出C1=1.2uF。由于穩壓管VD5的損耗，則C1可取1.5uF，則此時電源實際提供的電流為Id=93mA.

　　穩壓管穩定電流選擇：

　　穩壓管的穩壓值應等于負載電路的工作電壓。由于電容降壓電源提供的是恒定電流，因此一般不怕負載短路，但當負載完全開路時，R1及VD5回路中將通過全部的93mA電流，所以VD5的最大穩定電流應該取100mA為宜。又因為RL與VD5并聯，則在保證RL取用75mA工作電流是=時，尚有18mA電流通過VD5，所以穩壓管的最小穩定電流不得大于18mA，否則將失去穩壓作用。

　　限流電阻取值：

　　限流電阻取值不能太大，否則將會增加電能損耗，并且也會增加C2的耐壓要求。如若R1=100歐姆，R1上的降壓為9.3V，則損耗為0.86W，可以取100歐姆1W的電阻。

　　濾波電容取值：

　　濾波電容一般為100uF-1000uF，但需注意其耐壓值。如負載電壓為9V，R1上的壓降為9.3V，總壓降為18.3V，則濾波電容C2應取25V以上為好。

　　注：電容降壓電源是一種非隔離電源，在應用上需特別注意隔離，以防止觸電。