將交流市電轉(zhuǎn)換為低壓直流的常規(guī)方法是采用變壓器降壓后再整流濾波，當(dāng)受體積和成本等因素的限制時(shí)，最簡(jiǎn)單實(shí)用的方法就是采用電容降壓式電源。

電容降壓式簡(jiǎn)易電源的基本電路如圖1，C1為降壓電容器，D2為半波整流二極管，D1在市電的負(fù)半周時(shí)給C1提供放電回路，D3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。

整流后未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓一般會(huì)高于30伏，并且會(huì)隨負(fù)載電流的變化發(fā)生很大的波動(dòng)，這是因?yàn)榇祟?lèi)電源內(nèi)阻很大的緣故所致，故不適合大電流供電的應(yīng)用場(chǎng)合。

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

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 /（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。

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

電容降壓電源原理和計(jì)算公式

     這一類(lèi)的電路通常用于低成本取得非隔離的小電流電源。它的輸出電壓通常可在幾伏到三幾十伏，取決于所使用的齊納穩(wěn)壓管。所能提供的電流大小正比于限流電容容量。采用半波整流時(shí)，每微法電容可得到電流（平均值）為：（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位）

     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雙倍的電流（平均值）為：

     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，此類(lèi)電路全波整流雖電流稍大，但是因?yàn)楦〉�，穩(wěn)定性和安全性要比半波整流型更差，所以用的更少。

     使用這種電路時(shí)，需要注意以下事項(xiàng)：

     1、未和220V交流高壓隔離，請(qǐng)注意安全，嚴(yán)防觸電！

     2、限流電容須接于火線，耐壓要足夠大（大于400V），并加串防浪涌沖擊兼保險(xiǎn)電阻和并放電電阻。

     3、注意齊納管功耗，嚴(yán)禁齊納管斷開(kāi)運(yùn)行。

采用電容降壓電路是一種常見(jiàn)的小電流電源電路﹐由于其具有體積小﹑成本低﹑電流相對(duì)恒定等優(yōu)點(diǎn)﹐也常應(yīng)用于LED的驅(qū)動(dòng)電路中。

圖一為一個(gè)實(shí)際的采用電容降壓的LED驅(qū)動(dòng)電路﹕請(qǐng)注意﹐大部分應(yīng)用電路中沒(méi)有連接壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管﹐建議連接上﹐因壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管能在電壓突變瞬間( 如雷電﹑大用電設(shè)備起動(dòng)等 )有效地將突變電流泄放﹐從而保護(hù)二級(jí)關(guān)和其它晶體管﹐它們的響應(yīng)時(shí)間一般在微毫秒級(jí) 。

電路工作原理﹕

電容C1的作用為降壓和限流﹕大家都知道﹐電容的特性是通交流﹑隔直流﹐當(dāng)電容連接于交流電路中時(shí)﹐其容抗計(jì)算公式為﹕

                       XC = 1/2πf C

式中﹐XC 表示電容的容抗﹑f 表示輸入交流電源的頻率﹑C 表示降壓電容的容量。

流過(guò)電容降壓電路的電流計(jì)算公式為﹕

                       I = U/XC

式中   I   表示流過(guò)電容的電流﹑U 表示電源電壓﹑XC   表示電容的容抗

在220V﹑50Hz的交流電路中﹐當(dāng)負(fù)載電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于220V時(shí)﹐電流與電容的關(guān)系式為﹕

                     I = 69C   其中電容的單位為uF﹐電流的單位為mA

下表為在220V﹑50Hz的交流電路中﹐理論電流與實(shí)際測(cè)量電流的比較

電阻R1為泄放電阻﹐其作用為﹕當(dāng)正弦波在最大峰值時(shí)刻被切斷時(shí)﹐電容C1上的殘存電荷無(wú)法釋放﹐會(huì)長(zhǎng)久存在﹐在維修時(shí)如果人體接觸到C1的金屬部分﹐有強(qiáng)烈的觸電可能﹐而電阻R1的存在﹐能將殘存的電荷泄放掉﹐從而保證人﹑機(jī)安全。泄放電阻的阻值與電容的大小有關(guān)﹐一般電容的容量越大﹐殘存的電荷就越多﹐泄放電阻就阻值就要選小些。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表﹐供設(shè)計(jì)時(shí)參考﹕

D1 ~ D4的作用是整流﹐其作用是將交流電整流為脈動(dòng)直流電壓。

C2﹑C3的作用為濾波﹐其作用是將整流后的脈動(dòng)直流電壓濾波成平穩(wěn)直流電壓

壓敏電阻( 或瞬變電壓抑制晶體管 )的作用是將輸入電源中瞬間的脈沖高壓電壓對(duì)地泄放掉﹐從而保護(hù)LED不被瞬間高壓擊穿。

LED串聯(lián)的數(shù)量視其正向?qū)�通電�? Vf )而定﹐在220V AC電路中﹐最多可以達(dá)到80個(gè)左右。

組件選擇﹕電容的耐壓一般要求大于輸入電源電壓的峰值﹐在220V,50Hz的交流電路中時(shí)﹐可以選擇耐壓為400伏以上的滌綸電容或紙介質(zhì)電容。

D1 ~D4 可以選擇IN4007。

濾波電容C2﹑C3的耐壓根據(jù)負(fù)載電壓而定﹐一般為負(fù)載電壓的1.2倍。其電容容量視負(fù)載電流的大小而定。

下列電路圖為其它形式的電容降壓驅(qū)動(dòng)電路﹐供設(shè)計(jì)時(shí)參考﹕

在圖 二 電路中﹐可控硅SCR及R3組成保護(hù)電路﹐當(dāng)流過(guò)LED的電流大于設(shè)定值時(shí)﹐SCR導(dǎo)通一定的角度﹐從而對(duì)電路電流進(jìn)行分流﹐使LED工作于恒流狀態(tài)﹐從而避免LED因瞬間高壓而損壞。

在圖三電路中﹐C1﹑R1﹑壓敏電阻﹑L1﹑R2組成電源初級(jí)濾波電路﹐能將輸入瞬間高壓濾除﹐C2﹑R2組成降壓電路﹐C3﹑C4﹑L2﹑及壓敏電阻組成整流后的濾波電路。此電路采用雙重濾波電路﹐能有效地保護(hù)LED不被瞬間高壓擊穿損壞。

圖四 是一個(gè)最簡(jiǎn)單的電容降壓應(yīng)用電路﹐電路中利用兩只反并聯(lián)的LED對(duì)降壓后的交流電壓進(jìn)行整流﹐可以廣泛應(yīng)用于夜光燈﹑按鈕指示燈﹐要求不高的位置指示燈等場(chǎng)合。

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2018-10-25 10:34 上傳

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