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阻容降壓是什么?原理該怎么理解?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1407次  |  2020年02月05日  

阻容降壓?阻容降壓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,因?yàn)槿绻娙菔且粋€(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)碾娙荩皇且罁?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負(fù)載,因?yàn)椴话踩?4.電容降壓不適合動(dòng)態(tài)負(fù)載。?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,因?yàn)槿ㄕ鳟a(chǎn)生浮置的地,并在零線(xiàn)和火線(xiàn)之間產(chǎn)生高壓,造成人體觸電傷害。而且要滿(mǎn)足恒定負(fù)載的條件。?容降壓式簡(jiǎn)易電源的基本電路如圖1,C1為降壓電容器,VD2為半波整流二極管,VD1在市電的負(fù)半周時(shí)給C1提供放電回路,VD3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。?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。?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/(2πfC)=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=14.5I,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。

1、電容降壓原理:


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。


注:電容降壓電路中,在電容器上不會(huì)產(chǎn)生功耗,因?yàn)槿绻娙菔且粋€(gè)理想電容,則流過(guò)電容的電流為虛部電流,它所做的功為無(wú)功功率。所以在一個(gè)1uF的電容器上再串聯(lián)一個(gè)阻性組件,則阻性組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)阻性組件的特性。因此,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。


2、使用電容降壓注意點(diǎn):


(1)電容的選取應(yīng)根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電的工作頻率來(lái)決定;


(2)限流電容必須采用無(wú)極性電容;且,如果電源電壓為110V時(shí),電容的耐壓值必須在275V以上;如果電源電壓為220V時(shí),電容的耐壓值需在600V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負(fù)載;


(4)限流電容須接于火線(xiàn),且電容降壓不適合動(dòng)態(tài)負(fù)載;


(5)電容降壓不適合容性和感性負(fù)載;


(6)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,因?yàn)槿ㄕ鳟a(chǎn)生浮置的地,會(huì)在陵縣和火線(xiàn)之間產(chǎn)生高壓,容易造成人體觸電傷害。并且需要滿(mǎn)足恒定負(fù)載的條件。


(7)當(dāng)電容C確定后,輸出電流I是恒定的,而且輸出直流電壓隨著負(fù)載電阻RL大小的不同在一定范圍內(nèi)變化。RL越小輸出電壓越低,RL越大輸出電壓越高。


(8)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值應(yīng)等于負(fù)載電路的工作電壓。穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流應(yīng)該取比通過(guò)電容電流大一些,而最小穩(wěn)定電流不得大于通過(guò)RL的電流。


3、示例分析:


下圖中,C1為降壓電容,一般為0.33-3.3uF。在此設(shè)為C1=2uF,整流管的導(dǎo)通電阻通常為幾歐姆,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歐姆,濾波電容一般為100uF-1000uF,其容抗可忽略。因此,可將圖1電路等效為圖2的交流電路,且滿(mǎn)足容抗XC1》R的條件。


電容C1的容抗XC1為:


XC1=1/(2pI*fC1)=1/(2*3.14*50*2uF)=1592歐姆


由于R遠(yuǎn)小于XC1,則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。則有:


整流后的直流電流平均值Id為:


Id=V/XC1=V*(2pI*fC1)=0.62C1(mA)


結(jié)論:


(1)在使用電源變壓器做整流電源時(shí),當(dāng)電路中各項(xiàng)參數(shù)確定后,輸出電壓是恒定的,而輸出電流Id隨負(fù)載增減變化;


(2)使用電容降壓做整流電路時(shí),由于Id=0.62C1,則Id與C1成正比,則當(dāng)C1確定后,輸出電流Id是恒定的,輸出直流電壓隨負(fù)載電阻RL大小的不同在一定范圍變化。RL越小,輸出電壓越低;RL越大,輸出電壓越高。


C1取值選擇:


C1的大小應(yīng)根據(jù)負(fù)載電流來(lái)選擇,如負(fù)載電路工作電壓為9V,負(fù)載平均電流為75毫安,則有Id=0.62C1,可得出C1=1.2uF。由于穩(wěn)壓管VD5的損耗,則C1可取1.5uF,則此時(shí)電源實(shí)際提供的電流為Id=93mA.


穩(wěn)壓管穩(wěn)定電流選擇:


穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值應(yīng)等于負(fù)載電路的工作電壓。由于電容降壓電源提供的是恒定電流,因此一般不怕負(fù)載短路,但當(dāng)負(fù)載完全開(kāi)路時(shí),R1及VD5回路中將通過(guò)全部的93mA電流,所以VD5的最大穩(wěn)定電流應(yīng)該取100mA為宜。又因?yàn)镽L與VD5并聯(lián),則在保證RL取用75mA工作電流是=時(shí),尚有18mA電流通過(guò)VD5,所以穩(wěn)壓管的最小穩(wěn)定電流不得大于18mA,否則將失去穩(wěn)壓作用。


限流電阻取值:


限流電阻取值不能太大,否則將會(huì)增加電能損耗,并且也會(huì)增加C2的耐壓要求。如若R1=100歐姆,R1上的降壓為9.3V,則損耗為0.86W,可以取100歐姆1W的電阻。


濾波電容取值:


濾波電容一般為100uF-1000uF,但需注意其耐壓值。如負(fù)載電壓為9V,R1上的壓降為9.3V,總壓降為18.3V,則濾波電容C2應(yīng)取25V以上為好。


注:電容降壓電源是一種非隔離電源,在應(yīng)用上需特別注意隔離,以防止觸電。




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