宁可一次一次去撞南墙,也不能一个一个失去理想。

阻容降压电路基础知识

一、常见的阻容降压电路图

《阻容降压电路基础知识》
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整个电路包括的器件极少,CBB电容(或者安规电容)、二极管(1个、2个或者4个)、稳压管(由输出电压决定电压值),滤波的电解电容。

二、阻容降压电路原理

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,因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,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。

结论:阻容降压≈恒流电源

三、阻容降压电路特点

1、成本低廉;
2、不隔离,整个电路都是带电的;
3、提供的电流小,一般在100MA以下;
4、功率因数极低,不过考虑到本身功率很小,这个影响倒不是很大;
5、使用寿命短,比如稳压管烧坏、降压电容容量降低造成供电不足、滤波电容损坏后造成整个电路烧坏。

四、阻容降压电路的元件取值

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1、 降压电容

降压电容选择CBB电容或者安规电容。

容抗的计算公式: XC=1/2πFC (π取3.14,F为电源频率,C为uf)。例如我们需要30ma的电流,忽略并联电阻R的情况下我们可以计算电容值为220/XC=30。

在日常设计中,如果负载电压远远小于220V,我可以个告诉大家一个经验值:输出电流(ma)=69XC(UF)。例如我们需要输出30ma的电流,电容大约取值0.44UF。

2、并联电阻

在电路运行过程中,并联电阻的作用其实是电容的泄放电阻。当正玄波在最大峰值被切断时,CBB电容上的电荷无法释放会长久存在,如果有人误触摸可能会带来触电危险。并联电阻的存在可以在一定时间内将电容残存的电荷释放掉。

根据经验得出如下值:

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3、滤波电容

滤波电容要求耐压为负载电压的1.5倍,容量就负载电流决定,一般100uf左右。

用于铅酸电池充电电路时,由于铅酸电池本身就是个大电容,所以滤波电容可以省略。

在其他应用中我们需要如下图所示电路如驱动LED。

五、阻容降压电路优化

文章最开始列举的3种电路中,存在的几大隐患:稳压管容易击穿,滤波电解电容容易老化。

1、稳压管为什么容易击穿?

我们知道220V交流电峰值电压是311V,在峰值电压下,流过稳压管的电流就会比平均值大1.4倍,而且是通电时如果刚好是接近峰值电压值,降压电容C1电压为0,等于是短路状态,此时瞬间电压加在稳压管和滤波电容上,虽然电容电压不能突变,可是电容也是有电阻值的,瞬间电流会比较大,电容上产生的瞬间电压就会比较高,超过稳压管稳压值时,稳压管必然会流过相对较大的电流,稳压管有瞬间击穿的风险。稳压管击穿是最常见的损坏现象。

2、滤波电解电容的老化

上面提到电压在峰值时,电流会是平均电流的1.4倍,那么电解电容上的电流变化是比较大的,长期的大纹波电流流过电解电容,就会造成电解电容的老化,容量下降,而容量下降后,纹波电流变得更大,会加速老化过程。

3、还有一种是由于降压电容采用CBB电容,CBB电容寿命短,容量容易下降。

为减少稳压管损坏风险,电路设计时采用的CBB电容容量值刚好够用,在使用一段时间(如1年)后,容量下降,造成电路供电不足,后级电路就无法正常工作。

针对以上问题,将电路稍改进一下,以全波整流为例,电路如下:

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在上图中我们加入了R2保险电阻,DZ1稳压管,R3稳压管串连电阻。此时DZ1的稳压值就是电路的输出电压值。

1、抗冲击输入电阻R2:一般采用几欧~几十欧,可以在通电瞬间减少冲击电流,另外在后面电路短路时起到保险电阻作用。

2、稳压管保护电阻R3:一般采用几欧~几十欧,以上电路中,整流桥后直接接的滤波电解电容E1,E1耐压值要稳压管的2倍或以上。电解电容在通电瞬间或者电网电压突变时,电压会上升的比较高,比如12V电压上升到13V,在传统电路中,稳压管必然会流过很大的电流,而改进后,图1稳压管串接保护电阻,使流过稳压管的电流变得波动很小,但是输出电压会随着波动到13V,后级电压要求不高时可按电路1改进。

图2电路同时有R3保护电阻,E1电压上升时,稳压管的电流波动很小,而且输出电压由于有稳压管+滤波电容E2的限制,波动极小,滤波电容E2的耐压值可以降到稳压管电压值的1.2倍。

由以上分析可见,加入2个电阻后,对稳压管、滤波电解电容都起到了保护作用,大大的提高了阻容降压电路的可靠性和寿命。

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