在电子电路当中,获取低压直流电最常用的方法一般有两种,一种是使用变压器的电磁感应原理,当初级线圈中通过交流电时,可以在次级线圈中感应出频率相同幅度不同的交流电,然后再通过整流滤波,得到我们需要的直流电。另一种是开关电源,其原理是先将交流电220V整流滤波输出高压直流电,然后再通过开关电路和高频变压器输出高频低压脉冲,再经过整流滤波,最终输出低压直流电。这两种降压方式都各有各的优缺点,这里我们不再赘述,今天我来介绍另一种降压方式——阻容降压。
大家都知道,电容有通交流隔直流的特性,虽说交流信号能通过电容,但电容毕竟不是一根导线,自然会对交流电产生一定的影响,这个影响取决于交流信号的频率和电容容量的大小,电容容量越大,交流频率越高,能通过的交流信号越多,反之则越少,电容的这个影响能力被称为容抗,符号为Xc,它的单位是欧姆,可以把它理解为电阻。容抗与电容容量和频率的关系表达式为 Xc=1 /(2 π f C)。式中,频率f 的单位为HZ,容量C的单位为法拉,容抗的单位是欧姆。
阻容降压原理:
阻容降压就是利用了电容的容抗对交流电频率产生的阻碍来实现的,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1UF电容器的两端, 计算流过的电流,用220除以3.18K约等于70mA,用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。下面我们通过分析电路来看一看电容是怎么实现降压的。
上图中,C1为降压电容,选用的是无极性电容,容量为1UF,耐压值为630V,根据上面介绍,我们知道1UF电容产生的容抗大小约为3180欧姆,通过计算得知流过最大电流约为70mA,这样就限制了整个电路的负载最大电流为70mA,由于此电路采用的是二极管桥式全波整流,去除损耗,所以实际电流要打九折。R1为泄放电阻,此电阻为安全保护作用,断电后,为降压电容提供放电回路,防止断电后,电容上的残留电压对人体造成伤害。R2为限流电阻,作为保险作用,一般采用线绕电阻。图中四个二极管组成桥式整流电路,整流后再由C2和C3滤波电容滤波,稳压二极管稳压后,得到需要的直流电压VDD,输出电压取决于稳压二极管。
另外,在此电路制作中,其电容的耐压值一定要选择大的,一般选取为电源电压的两倍以上。稳压二极管最大稳压电流应大于输出最大电流值。
LED电源采用阻容降压电路
从上面分析中可以看出来,阻容降压并不适合在大电流场合使用,而且负载需为固定负载,在实际使用中,需要根据负载的电流大小来确定降压电容容量。该电源因成本低,制作简单,常用于LED驱动等小功率场合。
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