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.
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?而不是依據(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條件,因?yàn)椴话踩?br>4 電容降壓不適合動(dòng)態(tài)負(fù)載條件。
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.而且要滿(mǎn)足恒定負(fù)載的條件。
電路1
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?？稍趲追饺龓资?，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(xiàn)，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。
電路2
最簡(jiǎn)單的電容降壓直流供電電路及其等效電路如圖1，c1為降壓電容，一般為0.33~3.3uf。假設(shè)c1=2uf，其容抗xcl=1/(2pi*fc1)=1592。由于整流管的導(dǎo)通電阻只有幾歐姆，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，而濾波電容一般為100uf~1000uf，其容抗非常小，可以忽略。若用r代表除c1以外所有元器件的等效電阻，可以畫(huà)出圖的交流等效電路。同時(shí)滿(mǎn)足了xc1>r的條件,所以可以畫(huà)出電壓向量由于r甚小于xc1，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。根據(jù)電工原理可知：整流后的直流電流平均值id,與交流電平均值i的關(guān)系為id=v/xc1。若c1以u(píng)f為單位，則id為毫安單位，對(duì)于22v，50赫茲交流電來(lái)說(shuō)，可得到id=0.62c1。
由此可以得出以下兩個(gè)結(jié)論：
(1)在使用電源變壓器作整流電源時(shí)，當(dāng)電路中各項(xiàng)參數(shù)確定以后，輸出電壓是恒定的，而輸出電流id則隨負(fù)載增減而變化;
(2)使用電容降壓作整流電路時(shí)，由于id=0.62c1,可以看出，id與c1成正比，即c1確定以后，輸出電流id是恒定的，而輸出直流電壓卻隨負(fù)載電阻rl大小不同在一定范圍內(nèi)變化。rl越小輸出電壓越低，rl越大輸出電壓也越高。c1取值大小應(yīng)根據(jù)負(fù)載電流來(lái)選擇，比如負(fù)載電路需要9v工作電壓，負(fù)載平均電流為75毫安，由于id=0.62c1，可以算得c1=1.2uf?？紤]到穩(wěn)壓管vd5的的損耗，c1可以取1.5uf，此時(shí)電源實(shí)際提供的電流為id=93毫安。
穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值應(yīng)等于負(fù)載電路的工作電壓，其穩(wěn)定電流的選擇也非常重要。由于電容降壓電源提供的的是恒定電流，近似為恒流源，因此一般不怕負(fù)載短路，但是當(dāng)負(fù)載完全開(kāi)路時(shí)，r1及vd5回路中將通過(guò)全部的93毫安電流，所以vd5的最大穩(wěn)定電流應(yīng)該取100毫安為宜。由于rl與vd5并聯(lián)，在保證rl取用75毫安工作電流的同時(shí)，尚有18毫安電流通過(guò)vd5，所以其最小穩(wěn)定電流不得大于18毫安，否則將失去穩(wěn)壓作用。
限流電阻取值不能太大，否則會(huì)增加電能損耗，同時(shí)也會(huì)增加c2的耐壓要求。如果是r1=100歐姆，r1上的壓降為9.3v,則損耗為0.86瓦,可以取100歐姆1瓦的電阻。
濾波電容一般取100微法到1000微法,但要注意其耐壓的選擇。前已述及,負(fù)載電壓為9v,r1上的壓降為9.3v,總降壓為18.3v,考慮到留有一定的余量,因此c2耐壓取25v以上為好。
電路三
電路3
如圖a，c1 為降壓電容器，d1 為半波整流二極管，d5 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b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c 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。
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 可以工作，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。
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。
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。
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
電容降壓的工作原理并不復(fù)雜.他的工作原理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,應(yīng)為如果電容是一個(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。