電路中降壓的方法有很多,阻容降壓因只需要一個電容和一個電阻就能實現電壓降低,成本低,所以使用廣泛,在電源電路中,比如小家電(電蚊拍、電飯煲、節能燈,電風扇,溫控器,智能電表)都使用了阻容降壓電路。
它的工作原理是利用電容在一定頻率的交流信號下產生的容抗來限制最大工作電流。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。
在市電50HZ頻率下,它的輸出電流一般都小于200mA,輸出電壓取決于所使用的穩壓管穩壓值,而輸出電流大小取決于電容容量的大小,電容容量越大,電流越大。
阻容降壓的完整電路一般有五大部分組成:浪涌保護電路、阻容降壓電路、整流電路、穩壓電路、濾波電路,如下圖
阻容降壓完整電路
1、浪涌保護電路:這屬于市電前級電路,一般都會有保險絲FU,它的作用是防止電路過大電流,一旦電流過大,保險絲會熔斷,還有壓敏電阻VDR,VDR作用是抑制浪涌電壓,一般還有一個限流電阻R,R為20Ω,一般功率2W以上,在有些電路還有熱敏電阻PTC;
2、阻容降壓電路:這是整個電路核心,理解阻容降壓電路之前先看看電容如何在交流信號下產生容抗來限制電路的最大工作電流。根據電容容抗的計算公式Xc=1/(2πfC) 可算出容抗大小,(f為市電的頻率50Hz,C為電容值的大小),假如降壓電容容量1μF,那么將U市電電壓220V加在電容上,所產生的容抗約為3183.09Ω,那么流過電容的電流I=U/Xc=69.1mA。
由于其它參數一般為固定值,電路中的降壓電容的容量大小決定了降壓電路中的電流大小,因此可以根據負載電流的需要選擇降壓電容的容量大小,220V、50Hz的交流電路中,下表是電容降壓電路中電流大小與容量之間的關系,表中所示電流為特定降壓電容器容量下的最大電流值。
電容量與流過電流關系
為保證降壓電容可靠工作,其耐壓選擇應大于兩倍的供電電壓。
在這里有一個問題,C為什么不能用電阻代替,那是因為電阻為有功元件,使用電阻降壓會在電阻上產生較大的熱量損耗,使電源效率降低,長期發熱會使電阻損壞,而電容是無功元件,不會有這些問題。
R1為泄放電阻 ,它的作用是保證在規定的時間內泄放掉C上的電荷。泄放電阻大可以降低功耗,但是泄放效果差,降壓電容放電時間長。泄放電阻通常為500kΩ~1MΩ,根據降壓電容的容量大小需要進行一些微調,以達到更好的泄放效果,下表是泄放電阻與降壓電容之間的關系,降壓電容大時要求泄放電阻小。
泄放電阻與降壓電容之間的關系
3、整流電路
一般采用半波整流,對于半波整流二極管的選擇,要充分考慮電壓波動和最大平均電流和最高反向工作電壓。
還可采用全波整流;
4、穩壓電路
穩壓管的作用:當流向負載電流變大時導致電壓上升,穩壓管擊穿,多余的電流就會流過穩壓管,使輸出電壓降低。
在選擇穩壓二極管時候要保證它流過的最大電流,因為一旦負載開路,穩壓管就要承受全部的電流,造成穩壓管燒毀.
5、濾波電路
濾波主要是電解電容或者鉭電容,可根據輸出紋波要求選擇適當容量的電解電容。
阻容降壓輸出一般只給對供電電源要求不高的電路。
阻容降壓電路另外兩種形式:
阻容降壓半波電路將穩壓管ZD1代替二極管D1的位置,得到了以上電路。
交流電壓經過電容C降壓,D2半波整流,再經C1濾波到得直流工作電壓,R1是泄放電阻。VD2是穩壓二極管,起穩壓作用,并在負半周為C提供放電回路,否則電容C充滿電后就不工作了。
阻容降壓全波(橋式)整流將半波整流部分更換為全波整流便得到以上電路。
由于半波整流電路的電流利用率較低,為了提高電源電流利用率可使用阻容降壓橋式整流電路。
阻容降壓電路設計時注意事項:
1、電容的選擇。
在阻容降壓電路設計時,電路是通過負載電流大小來決定電容的選擇,阻容降壓電容的容量選擇特別關鍵,首先我們需要先確定負載最大工作電流,然后通過這個電流值來計算電容容量的大小(一般負載電阻較小,阻容電路更像恒流源電路,所以可以忽略負載電阻影響)
電容選擇不能隨便使用一種電容,需要選擇專用的阻容降壓電容,由于普通電容容量衰減較快,容量減少而導致供電不足。
2、功率的要求。
阻容降壓電路僅適合小功率電路中,千萬不能使用到大功率電路中,阻容降壓電源僅適用于小電流電路。大功率電路中,就需要使用變壓器方案。
3、阻容降壓電路的一些優缺點。
優點是成本非常低;電路很小很簡單,安裝不占用空間;工作效率高。
缺點是容易損壞,且為非隔離的電源不安全;不能用于大功率負載;不適合容性和感性負載;不適合動態負載。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:電容的應用之阻容降壓電路五部分
文章出處:【微信號:電路一點通,微信公眾號:電路一點通】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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