老宇哥手把手教你分析阻容降壓電路,你GET到了嗎?

2021-01-15 晶片之家

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將交流市電轉換為低壓直流電,方法有幾種,一種是通過工頻變壓器,一般多用於音箱等場合,電路簡單,比較穩定,但是體積較大,價格也比較貴;第二種是通過開關電源,因為頻率變高,可使變壓器體積大大縮小,因此功率也可以做的比較大,這裡面也有隔離跟非隔離之分;第三種是阻容降壓,顧名思義就是利用電阻跟電容組成的電路進行降壓,成本很低,穩定性較差,一般適用於小電流,非隔離,抗幹擾較低的場合,今天大家一起探討下阻容降壓電路。

阻容降壓是一種利用電容在一定頻率下的交流信號產生的容抗來限制最大工作電流的一種電路。輸出電壓一般在幾伏到三十幾伏,電流小於100mA,電壓取決於的穩壓管的穩壓值,電流取決於所使用的的電容大小。

如上圖所示,阻容降壓的基本電路如圖1, C1為降壓電容器, VD2 為半波整流二極體, VD1在交流負半周時給C1提供放電迴路, VD3為穩壓二極體, R1為斷電後為 C1 上的電荷提供洩放迴路。在實際應用時一般採用的是圖 2 的所示的半波整流電路。當需要向負載提供較大的電流時,可採用圖 3 所示的橋式整流電路 。

整流後未經穩壓的直流電壓一般會高於 30 伏,並且會隨負載電流的變化發生很大的波動,這是因為此類電源內阻很大的緣故所致,故不適合大電流供電的應用場合。

1、電路設計時,應先測定負載電流的準確值,然後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 小於 C1 的充放電電流時,多餘的電流就會流過穩壓管,若穩壓管的最大允許電流 Idmax 小於 Ic-Io 時易造成穩壓管燒毀。2、為保證 C1 可靠工作,其耐壓選擇應大於兩倍的電源電壓。
3、洩放電阻 R1 的選擇必須保證在要求的時間內洩放掉 C1 上的電荷。上圖 2 中,已知 C1 為 0.33μ F,交流輸入為 220V/50Hz,求電路能供給負載的最大電流?C1 在電路中的容抗 Xc 為:
Xc=1/(2πfC)= 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。(電流的有效值)

通常降壓電容 C1 的容量 C 與負載電流 Io 的關係可近似認為:C=14.5 I,其中 C 的容量單位是μ F, Io 的單位是 A。
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。這一類的電路通常用於低成本取得非隔離的小電流電源。它的輸出電壓通常可在幾伏到三十幾伏,取決於所使用的齊納穩壓管。所能提供的電流大小正比於限流電容容量。採用半波整流時:每微法電容可得到電流(平均值)為:(國際標準單位)
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如果採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,全波整流雖電流稍大,但是因為浮地,穩定性和安全性要比半波整流型更差(這個是為什麼?),所以用的更少--懂得留言評論,浮地為什麼穩定性和安全性更差。

1、電路與220V 交流高壓未隔離,請注意安全,嚴防觸電!
2、限流電容須接於火線,耐壓要足夠大(大於 400V),並加串防浪湧衝擊兼保險電阻和放電電阻。

3、注意齊納二極體功耗,嚴禁齊納二極體斷開運行。

採用電容降壓電路是一種常見的小電流電源電路﹐由於其具有體積小﹑成本低﹑電流相對恆定等優點,也常應用於 LED 的驅動電路中。

上圖為一個實際的採用電容降壓的 LED 驅動電路,請注意﹐大部分應用電路中沒有連接壓敏電阻或瞬變電壓抑制電晶體,建議連接上, 因壓敏電阻或瞬變電壓抑制電晶體能在電壓突變瞬間( 如雷電、大用電設備起動等 )有效地將突變電流洩放,從而保護二級關和其它電晶體,它們的響應時間一般在微毫秒級 。

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,當電容連接於交流電路中時﹐其容抗計算公式為﹕
XC = 1/2π f 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,當負載電壓遠遠小於 220V 時,電流與電容的關係式為:

I = 69C(此公式與 C=14.5I 是一樣的,單位不同而已,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﹐理論電流與實際測量電流的比較:

電阻 R1 為洩放電阻,其作用為:當正弦波在最大峰值時刻被切斷時,電容 C1 上的殘存電荷無法釋放,會長久存在,在維修時如果人體接觸到 C1 的金屬部分,有強烈的觸電可能,而電阻 R1 的存在,能將殘存的電荷洩放掉,從而保證人機安全。洩放電阻的阻值與電容的大小有關,一般電容的容量越大,殘存的電荷就越多,洩放電阻就阻值就要選小些。經驗數據如下表,供設計時參考:

D1 ~ D4 的作用是整流,其作用是將交流電整流為脈動直流電壓。
C2、C3 的作用為濾波,其作用是將整流後的脈動直流電壓濾波成平穩直流電壓。
壓敏電阻( 或瞬變電壓抑制電晶體 )的作用是將輸入電源中瞬間的脈衝高壓電壓對地洩放掉﹐從而保護 LED 不被瞬間高壓擊穿。
LED 串聯的數量視其正嚮導通電壓( Vf )而定,在 220V AC 電路中,最多可以達到 80 個左右。
組件選擇:電容的耐壓一般要求大於輸入電源電壓的峰值,在 220V,50Hz 的交流電路中時,可以選擇耐壓為 400 伏以上的滌綸電容或紙介質電容。
D1 ~D4 可以選擇 IN4007。
濾波電容 C2﹑ C3 的耐壓根據負載電壓而定﹐一般為負載電壓的 1.2 倍。其電容容量視負載電流的大小而定 。

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