電容降壓的工作原理

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(lái)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(guò)電容的最大電流約為70mA。雖然流過(guò)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(guò)電容的電流為虛部電流，它所作的功為無(wú)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。

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(wú)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?/p>

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(mǎn)足恒定負(fù)載的條件。

以上是電容降壓工作原理的簡(jiǎn)單介紹。前些日子我曾再次提出一個(gè)問(wèn)題，就是只用電阻和電容可以組成什么電路，進(jìn)一步講只用一個(gè)電阻和一個(gè)電容可以組成什么電路。此篇可以是一個(gè)回答，有興趣的可以再想一想還能組成什么電路。其實(shí)電阻、電容和電感作為電子電路的基本元件，熟知它們的特性并靈活地應(yīng)用它。

采用電容降壓電路是一種常見(jiàn)的小電流電源電路﹐由于其具有體積小﹑成本低﹑電流相對(duì)恒定等優(yōu)點(diǎn)﹐也常應(yīng)用于LED的驅(qū)動(dòng)電路中。

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(méi)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(guò)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(guò)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(cè)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(wú)法釋放﹐會(huì)長(zhǎng)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? 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。

擴(kuò)展閱讀：如何選擇濾波電容的大小?