電容降壓原理及設(shè)計(jì)舉例
一、電容降壓原理
電容降壓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。
下圖為阻容降壓的典型應(yīng)用，C1為降壓電容，R1為斷開(kāi)電源時(shí)C1的泄放電阻，D1為半波整流二極管，D2在市電的負(fù)半周為C1提供放電回路，否則電容C1充滿(mǎn)電就不工作了，Z1為穩(wěn)壓二極管，C2為濾波電容。輸出為穩(wěn)壓二極管Z1的穩(wěn)定電壓值。
在實(shí)際應(yīng)用中，可以用下圖代替上圖，這里用了Z1正向特性和反向特性，其反向特性(也就是其穩(wěn)壓特性)來(lái)穩(wěn)定電壓，其正向特性用來(lái)在市電負(fù)半周給C1提供放電回路。
在較大的電流應(yīng)用中，可以用全波整流，如下圖：
在小電壓全波整流輸出時(shí)，最大輸出電流即為：
容抗：Xc=1/(2πfC)
電流：Ic = U/Xc=2πfCU
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?而不是依據(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。
二、器件選擇
1.電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先測(cè)定負(fù)載電流的準(zhǔn)確值，然后參考示例來(lái)選擇降壓電容器的容量。因?yàn)橥ㄟ^(guò)降壓電容C1向負(fù)載提供的電流Io，實(shí)際上是流過(guò)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(guò)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可靠工作，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。
三、設(shè)計(jì)舉例
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(guò)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。
編輯：amy 最后修改時(shí)間：2019-09-25
