阻容降压式电源

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将交流市电转换为低压直流电的方法包括电阻降压、电容降压、变压器降压和开关电源降压等多种方法,其中阻容降压电源的体积小、成本低,是一种简单实用的电源电路,在一些低成本的小夜灯和LED球泡灯中应用较多。

1. 电路原理

 

图1-a是电容降压电源原理电路,C1是降压电容,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C1的电荷泄放电阻,C2是滤波电容。在实际应用时,采用图1-b所示的电路还可以节省一只二极管。图1-c是改进电路,增加一只限流电阻,提高了电路的安全性。采用图1-c所示的桥式整流电路,可以获得两倍于半波整流型电路的输出电流,但因为是浮地工作,稳定性和安全性都要较低。

电容降压实际上是利用容抗限流,降压电容的容量越大,容抗就越小,其充放电电流也越大。这个充放电电流就是向负载提供的电流。因为流过电容的电流所作的功为无功功率,所以在电容器上几乎不会产生功耗。

使用电容降压作整流电路时,向负载提供的电流就是流过降压电容的充放电电流。输出电流与降压电容成正比,电容容量越大,容抗越小,其充、放电电流越大。当需要获得较大电流时,可采用图1-e所示的电路,降压电容由两只电解电容组成,D3、D4用来保护电解电容,防止被反向电压击。

当降压电容确定以后,输出电流就近似于一个恒定值,若负载消耗不完,多余的电流就会流过稳压管,当这个分流大于稳压管的最大允许电流时,稳压管就会烧毁。

电容降压电源在未经稳压时的直流电压通常在30V以上,并且会随负载电流的变化发生很大的波动,负载越小输出电压越低,负载越大输出电压也越高,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或动态负载的应用场合。

2. 元器件的选择

降压电容  为确保工作可靠,降压电容必须采用金属化薄膜电容,其耐压选择应大于两倍的电源电压。降压电容的大小应根据负载电流来选择,当电容太大,使负载电流小于充放电电流时,多余的电流就会流过稳压管,若稳压管的最大允许电流太小就容易烧毁。
泄放电阻  泄放电阻的选择必须保证在要求的时间内泄放掉降压电容上的电荷,其耐压必须大于交流输入电压的峰值。
限流电阻  限流电阻的取值不能太大,否则会增加损耗。
整流二极管  普通的整流二极管都能满足电路需要。
滤波电容  滤波电容越大,输出电压中脉动成分越少,滤波效果越好,其耐压值最好大于稳压管稳压值的两倍。
稳压管  当负载完全开路时,充放电电流将通全部过稳压管,这时稳压管的工作状态最恶劣,所以稳压管的最大稳定电流应该大于充放电电流。当负载接入时,除去负载上消耗的工作电流外,多余电流将通过稳压管,所以稳压管的最小稳定电流又不得小于这个值,否则将失去稳压作用。

3. 设计举例

图1-b 中,已知C1为0.68μF,交流输入为220V/50Hz,求电路能供给负载的最大电流。

C1在电路中的容抗为:

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流过电容器C1的充电电流为:

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限流电阻的选择:若限流电阻为68Ω,则其功耗为:

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R1上的压降为9.3V,则损耗为0.86瓦,可以取100欧姆1瓦的电阻。

在220V50Hz的市电下,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。

使用电容降压电路时,需要注意以下事项:

1)先确定负载电流的大小再选取电容值,避免充放电电流太大,有效保护稳压管。
2)要确保稳压管的功耗足够,通常选择1W以上。
3)降压电容的耐压要大于市电的峰值电压,最好用在630V以上的金属化薄膜电容。
4)限流电容必须接于火线。并且必须并联一只510K-1M的放电电阻。
5)电容降压式电源是一种非隔离电源,在使用时要注意隔离和绝缘,防止触电。
6)电容降压不适合动态负载,也不适合容性和感性负载。
7)电容降压电路中,尽量避免采用桥式整流方式。
8)限流电阻取几十到几百欧姆,并要留足功率余量,一般要求1W以上。

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