當(dāng)前位置:首頁 > 公眾號(hào)精選 > 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)
[導(dǎo)讀]實(shí)用的電容降壓電路將交流市電轉(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(shí),最簡單實(shí)用的方法就是采用電容降壓式電源。采用電容降壓時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):?1?根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當(dāng)?shù)碾娙?,而不是依?jù)負(fù)載的電壓和功率。?2?限流電...




實(shí)用的電容降壓電路


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(shí),最簡單實(shí)用的方法就是采用電容降壓式電源。
采用電容降壓時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):?1?根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當(dāng)?shù)碾娙?,而不是依?jù)負(fù)載的電壓和功率。?
2?限流電容必須采用無極性電容,絕對(duì)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。?
3?電容降壓不能用于大功率條件,因?yàn)椴话踩?/span>4?電容降壓不適合動(dòng)態(tài)負(fù)載條件。
5?同樣,電容降壓不適合容性和感性負(fù)載。?
6?當(dāng)需要直流工作時(shí),盡量采用半波整流,不建議采用橋式整流,而且要滿足恒定負(fù)載的條件。

這一類的電路通常用于低成本取得非隔離的小電流電源。它的輸出電壓通??稍趲追饺龓资Q于所使用的齊納穩(wěn)壓管。所能提供的電流大小正比于限流電容容量。采用半波整流時(shí),每微法電容可得到電流(平均值)為:(國際標(biāo)準(zhǔn)單位)
I(AV)=0.44×V/Zc=0.44×220×2×Pi×f×C?=0.44×220×2×3.14×50×C=30000C?=30000×0.000001=0.03A=30mA?
如果采用全波整流可得到雙倍的電流(平均值)為:?I(AV)=0.89×V/Zc=0.89×220×2×Pi×f×C?=0.89×220×2×3.14×50×C=60000C?=60000×0.000001=0.06A=60mA?
一般地,此類電路全波整流雖電流稍大,但是因?yàn)楦〉?,穩(wěn)定性和安全性要比半波整流型更差,所以用的更少。?使用這種電路時(shí),需要注意以下事項(xiàng):?1、未和220V交流高壓隔離,請(qǐng)注意安全,嚴(yán)防觸電!?2、限流電容須接于火線,耐壓要足夠大(大于400V),并加串防浪涌沖擊兼保險(xiǎn)電阻和并放電電阻。?3、注意齊納管功耗,嚴(yán)禁齊納管斷開運(yùn)行。?

最簡單的電容降壓直流供電電路及其等效電路如圖所示,C1為降壓電容,一般為0.33~3.3uF。假設(shè)C1=2uF,其容抗XCL=1/(2PI×fC1)=1592。由于整流管的導(dǎo)通電阻只有幾歐姆,穩(wěn)壓管VS的動(dòng)態(tài)電阻為10歐姆左右,限流電阻R1及負(fù)載電阻RL一般為100~200,而濾波電容一般為100uF~1000uF,其容抗非常小,可以忽略。
若用R代表除C1以外所有元器件的等效電阻,可以畫出圖的交流等效電路。同時(shí)滿足了XC1》R的條件,所以可以畫出電壓向量由于R甚小于XC1,R上的壓降VR也遠(yuǎn)小于C1上的壓降,所以VC1與電源電壓V近似相等,即VC1=V。根據(jù)電工原理可知:整流后的直流電流平均值Id,與交流電平均值I的關(guān)系為Id=V/XC1。若C1以u(píng)F為單位,則Id為毫安單位,對(duì)于220V,50赫茲交流電來說,可得到Id=0.62C1。?
由此可以得出以下兩個(gè)結(jié)論:(1)在使用電源變壓器作整流電源時(shí),當(dāng)電路中各項(xiàng)參數(shù)確定以后,輸出電壓是恒定的,而輸出電流Id則隨負(fù)載增減而變化;(2)使用電容降壓作整流電路時(shí),由于Id=0.62?C1,可以看出,Id與C1成正比,即C1確定以后,輸出電流Id是恒定的,而輸出直流電壓卻隨負(fù)載電阻R,大小不同在一定范圍內(nèi)變化。RL越小輸出電壓越低,RL越大輸出電壓也越高。C1取值大小應(yīng)根據(jù)負(fù)載電流來選擇,比如負(fù)載電路需要9V工作電壓,負(fù)載平均電流為75毫安,由于Id=0.62C1,可以算得C1=1.2uF。考慮到穩(wěn)壓管VD5的的損耗,C1可以取1.5uF,此時(shí)電源實(shí)際提供的電流為Id=93毫安。?
穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值應(yīng)等于負(fù)載電路的工作電壓,其穩(wěn)定電流的選擇也非常重要。由于電容降壓電源提供的的是恒定電流,近似為恒流源,因此一般不怕負(fù)載短路,但是當(dāng)負(fù)載完全開路時(shí),R1及VD5回路中將通過全部的93毫安電流,所以VD5的最大穩(wěn)定電流應(yīng)該取100毫安為宜。由于RL與VD5并聯(lián),在保證RL取用75毫安工作電流的同時(shí),尚有18毫安電流通過VD5,所以其最小穩(wěn)定電流不得大于18毫安,否則將失去穩(wěn)壓作用。?
限流電阻取值不能太大,否則會(huì)增加電能損耗,同時(shí)也會(huì)增加C2的耐壓要求。如果是R1=100歐姆,R1上的壓降為9.3V,則損耗為0.86瓦,可以取100歐姆1瓦的電阻。?
濾波電容一般取100微法到1000微法,但要注意其耐亞的選擇,前已述及,負(fù)載電壓為9V,R1上的壓降為9.3V,總降壓為18.3V,考慮到留有一定的余量,因此C2耐壓取25V以上為好。?

如圖1,C1?為降壓電容器,D2?為半波整流二極管,D1?在市電的負(fù)半周時(shí)給C1?提供放電回路,D3?是穩(wěn)壓二極管R1?為關(guān)斷電源后C1?的電荷泄放電阻。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)常常采用的是圖2的所示的電路。當(dāng)需要向負(fù)載提供較大的電流時(shí),可采用圖-3?所示的橋式整流電路。整流后未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓一般會(huì)高于30?伏,并且會(huì)隨負(fù)載電流的變化發(fā)生很大的波動(dòng),這是因?yàn)榇祟愲娫磧?nèi)阻很大的緣故所致,故不適合大電流供電的應(yīng)用場合。?



器件選擇


1.電路設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)先測定負(fù)載電流的準(zhǔn)確值,然后參考示例來選擇降壓電容器的容量。因?yàn)橥ㄟ^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。當(dāng)負(fù)載電流Io?小于C1?的充放電電流時(shí),多余的電流就會(huì)流過穩(wěn)壓管,若穩(wěn)壓管的最大允許電流Idmax?小于Ic-Io?時(shí)易造成穩(wěn)壓管燒毀。
2.為保證C1?可*工作,其耐壓選擇應(yīng)大于兩倍的電源電壓。?3.泄放電阻R1?的選擇必須保證在要求的時(shí)間內(nèi)泄放掉C1?上的電荷。?



設(shè)計(jì)舉例


圖2?中,已知C1?為0.33μF,交流輸入為220V/50Hz,求電路能供給負(fù)載的最大電流。?C1?在電路中的容抗Xc?為:?Xc=1?/(2?πf?C)=?1/(2*3.14*50*0.33*10-6)=?9.65K?流過電容器C1?的充電電流(Ic)為:?Ic?=?U?/?Xc?=?220?/?9.65?=?22mA。?通常降壓電容C1?的容量C?與負(fù)載電流Io?的關(guān)系可近似認(rèn)為:C=14.5?I,其中C?的容量單位是μF,Io?的單位是A。?
電容降壓式電源是一種非隔離電源,在應(yīng)用上要特別注意隔離,防止觸電。?
整流后未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓一般會(huì)高于30伏,并且會(huì)隨負(fù)載電流的變化發(fā)生很大的波動(dòng),這是因?yàn)榇祟愲娫磧?nèi)阻很大的緣故所致,故不適合大電流供電的應(yīng)用場合。電容降壓式電源是一種非隔離電源,在應(yīng)用上要特別注意隔離,防止觸電,電容降壓的工作原理并不復(fù)雜,他的工作原理是利用電容在一定的交流信號(hào)頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大工作電流。例如,在50Hz的工頻條件下,一個(gè)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,應(yīng)為如果電容是一個(gè)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(gè)特點(diǎn),我們?nèi)绻谝粋€(gè)1uF的電容器上再串聯(lián)一個(gè)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(gè)阻性元件的特性。
例如,我們將一個(gè)110V/8W的燈泡與一個(gè)1uF的電容串聯(lián),在接到220V/50Hz的交流電壓上,燈泡被點(diǎn)亮,發(fā)出正常的亮度而不會(huì)被燒毀,因?yàn)?10V/8W的燈泡所需的電流為8W/110V=72mA,它與1uF電容所產(chǎn)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(lián)接到220V/50Hz的交流電上,燈泡同樣會(huì)被點(diǎn)亮,而不會(huì)被燒毀。因?yàn)?W/65V的燈泡的工作電流也約為70mA.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(gè)限制電流和動(dòng)態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓的角色。

圖一為一個(gè)實(shí)際的采用電容降壓的LED驅(qū)動(dòng)電路﹕請(qǐng)注意﹐大部分應(yīng)用電路中沒有連接壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管﹐建議連接上﹐因壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管能在電壓突變瞬間( 如雷電﹑大用電設(shè)備起動(dòng)等 )有效地將突變電流泄放﹐從而保護(hù)二級(jí)關(guān)和其它晶體管﹐它們的響應(yīng)時(shí)間一般在微毫秒級(jí) 。



電路工作原理


電容C1的作用為降壓和限流﹕大家都知道﹐電容的特性是通交流﹑隔直流﹐當(dāng)電容連接于交流電路中時(shí)﹐其容抗計(jì)算公式為﹕XC = 1/2πf C式中﹐XC 表示電容的容抗﹑f 表示輸入交流電源的頻率﹑C 表示降壓電容的容量。流過電容降壓電路的電流計(jì)算公式為﹕I = U/XC式中 I 表示流過電容的電流﹑U 表示電源電壓﹑XC 表示電容的容抗在220V﹑50Hz的交流電路中﹐當(dāng)負(fù)載電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于220V時(shí)﹐電流與電容的關(guān)系式為﹕I = 69C 其中電容的單位為uF﹐電流的單位為mA下表為在220V﹑50Hz的交流電路中﹐理論電流與實(shí)際測量電流的比較電阻R1為泄放電阻﹐其作用為﹕當(dāng)正弦波在最大峰值時(shí)刻被切斷時(shí)﹐電容C1上的殘存電荷無法釋放﹐會(huì)長久存在﹐在維修時(shí)如果人體接觸到C1的金屬部分﹐有強(qiáng)烈的觸電可能﹐而電阻R1的存在﹐能將殘存的電荷泄放掉﹐從而保證人﹑機(jī)安全。泄放電阻的阻值與電容的大小有關(guān)﹐一般電容的容量越大﹐殘存的電荷就越多﹐泄放電阻就阻值就要選小些。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表﹐供設(shè)計(jì)時(shí)參考﹕D1 ~ D4的作用是整流﹐其作用是將交流電整流為脈動(dòng)直流電壓。C2﹑C3的作用為濾波﹐其作用是將整流后的脈動(dòng)直流電壓濾波成平穩(wěn)直流電壓
壓敏電阻( 或瞬變電壓抑制晶體管 )的作用是將輸入電源中瞬間的脈沖高壓電壓對(duì)地泄放掉﹐從而保護(hù)LED不被瞬間高壓擊穿。
LED串聯(lián)的數(shù)量視其正向?qū)妷海?Vf )而定﹐在220V AC電路中﹐最多可以達(dá)到80個(gè)左右。組件選擇﹕電容的耐壓一般要求大于輸入電源電壓的峰值﹐在220V,50Hz的交流電路中時(shí)﹐可以選擇耐壓為400伏以上的滌綸電容或紙介質(zhì)電容。D1 ~D4 可以選擇IN4007。
濾波電容C2﹑C3的耐壓根據(jù)負(fù)載電壓而定﹐一般為負(fù)載電壓的1.2倍。其電容容量視負(fù)載電流的大小而定。

END
來源:電源研發(fā)精英圈版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán),請(qǐng)聯(lián)系刪除。
電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

掃描二維碼,關(guān)注更多精彩內(nèi)容

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競爭優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱"軟通動(dòng)力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉