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电容降压电源详解

来源:帮我找美食网
电容降压式电源

将交流市电转换为低压直流的常规方法是采用变压器降压后再整流滤波,当受体积和成本等因素的限制时,最简单实用的方法就是采用电容降压式电源 一、电路原理

电容降压式简易电源的基本电路如图1,C1为降压电容器,D2为半波整流二极管,D1在市电的负半周时给C1提供放电回路,D3是稳压二极管,R1为关断电源后C1的电荷泄放电阻。在实际应用时常常采用的是图2的所示的电路。当需要向负载提供较大的电流时,可采用图3所示的桥式整流电路。

整流后未经稳压的直流电压一般会高于30伏,并且会随负载电流的变化发生很大的波动,这是因为此类电源内阻很大的缘故所致,故不适合大电流供电的应用场合。 二、器件选择

1. 电路设计时,应先测定负载电流的准确值,然后参考示例来选择降压电容器的容量。因

为通过降压电容C1向负载提供的电流Io,实际上是流过C1的充放电电流Ic。C1容量越大,容抗Xc越小,则流经C1的充、放电电流越大。当负载电流Io小于C1的充放电电流时,多余的电流就会流过稳压管,若稳压管的最大允许电流Idmax小于Ic-Io时易造成稳压管烧毁.

2. 为保证C1可靠工作,其耐压选择应大于两倍的电源电压。

3. 泄放电阻R1的选择必须保证在要求的时间内泄放掉C1上的电荷。 三、设计举例

图2中,已知C1为0.33μF,交流输入为220V/50Hz,求电路能供给负载的最大电流。 C1在电路中的容抗Xc为:

Xc=1 /(2 πf C)= 1/(2*3.14*50*0.33*10-6)= 9.65K 流过电容器C1的充电电流(Ic)为: Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA。

通常降压电容C1的容量C与负载电流Io的关系可近似认为:C=14.5 I,其中C的容量单位是μF,Io的单位是A。

电容降压式电源是一种非隔离电源,在应用上要特别注意隔离,防止触电。

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电容降压电源原理和计算公式

这一类的电路通常用于低成本取得非隔离的小电流电源。它的输出电压通常可在几伏到三几十伏,取决于所使用的齐纳稳压管。所能提供的电流大小正比于限流电容容量。采用半波整流时,每微法电容可得到电流(平均值)为:(国际标准单位)

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双倍的电流(平均值)为:

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,此类电路全波整流虽电流稍大,但是因为浮地,稳定性和安全性要比半波整流型更差,所以用的更少。

使用这种电路时,需要注意以下事项:

1、未和220V交流高压隔离,请注意安全,严防触电! 2、限流电容须接于火线,耐压要足够大(大于400V),并加串防浪涌冲击兼保险电阻和并放电电阻。

3、注意齐纳管功耗,严禁齐纳管断开运行。

电容降压的工作原理并不复杂。他的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。例如,在50Hz的工频条件下,一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。当220V的交流电压加在电容器的两端,则流过电容的最大电流约为70mA。虽然流过电容的电流有70mA,但在电容器上并不产生功耗,应为如果电容是一个理想电容,则流过电容的电流为虚部电流,它所作的功为无功功率。根据这个特点,我们如果在一个1uF的电容器上再串联一个阻性元件,则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。例如,我们将一个110V/8W的灯泡与一个1uF的电容串联,在接到220V/50Hz的交流电压上,灯泡被点亮,发出正常的亮度而不会被烧毁。因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V=72mA,它与1uF电容所产生的限流特性相吻合。同理,我们也可以将5W/65V的灯泡与1uF电容串联接到220V/50Hz的交流电上,

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灯泡同样会被点亮,而不会被烧毁。因为5W/65V的灯泡的工作电流也约为70mA。因

此,电容降压实际上是利用容抗限流。而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。

采用电容降压时应注意以下几点:

1 根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容,而不是依据负载的电压和功率。 2 限流电容必须采用无极性电容,绝对不能采用电解电容。而且电容的耐压须在400V以上。最理想的电容为铁壳油浸电容。

3 电容降压不能用于大功率条件,因为不安全。 4 电容降压不适合动态负载条件。

5 同样,电容降压不适合容性和感性负载。

6 当需要直流工作时,尽量采用半波整流。不建议采用桥式整流。而且要满足恒定负载的条件。 设计方法:图2中,已知C1=0.33UF,交流输入为220V/50HZ,求电路提供给负载的最大电流 C1在电路中的容抗Xc=1/(2*pi*f*c)=1/(2*3.14*50*0.33)=9.65k 流过电容C1的充电电流Ic=U/Xc=220/9.65=22mA;

通常降压电容C1的容量与负载电流Io的关系近似认为:C=14.5I,其中C的电容单位是UF,Io的 单位是A;

在常用的低压电源中,用电容器降压(实际是电容限流)与用变压器相比,电容降压的电源体积小、经济、可靠、效率高,缺点是不如变压器变压的电源安全。通过电容器把交流电引入负载中,对地有220V电压,人易触电,但若用在不需人体接触的电路内部电路电源中,本弱点也可克服。如冰箱电子温控器或遥控电源的开╱关等电源都是用电容器降压而制作的。

相对于电阻降压,对于频率较低的50Hz交流电而言,在电容器上产生的热能损耗很小,所以电容器降压更优于电阻降压。

通过电容器电流的大小,受该电容器容抗Xc=1╱(2πfC),Xc的单位是欧姆;交流电频率f的单位是赫兹;电容器C的单位是法拉。

当将不同容量的电容器C(如图1所示),接入AC220V 50Hz的交流电路时,其C的容抗及其所能通过的电流如附表所列。该电流即电容器C所能提供的最大电流值。

电容量(uF)0.33 0.39 0.47 0.56 0.68 0.82 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.7 容抗(kΩ) 9.7 8.2 6.8 5.7 4.7 3.9 3.2 2.7 2.1 1.8 1.4 1.2 电流(mA) 23 27 32 39 47 56 69 81 105 122 157 183

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用电容器降压制作电源时,必须注意以下几点:

(1)经电容器降压后,必须如图2所示经整流、滤波及稳压二极管稳压后,才能获得电压稳定的电源(注:整流电路也可用半波整流)。

(2)电容器耐压最好在630V以上,并应用无极性的电容器,有极性电容器不能用。 (3)在电容器两端并联500K-1M的泄放电阻。

(4)若需要加电源开关,为防止浪涌电流对负载RL并联,如图3所示。

(5)在组装调试过程中要用1:1隔离变压器接入AC220V电路中,以防触电。

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