阻容降壓電路的基本原理和各元器件計(jì)算選型

一 關(guān)于阻容降壓

1什么是阻容降壓？

阻容降壓是一種利用電容在一定頻率的交流信號(hào)下產(chǎn)生的容抗來限制最大工作電流的電路。

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。

2阻容降壓電路由哪幾部分組成？

阻容降壓電路由降壓模塊、整流模塊、穩(wěn)壓模塊和濾波模塊組成。

3阻容降壓基本設(shè)計(jì)要素

電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先確定負(fù)載最大工作電流，通過此電流值計(jì)算電容容值大小，從而選取適當(dāng)電容。

此處與線性變壓器電源的區(qū)別：阻容降壓電源是通過負(fù)載電流選定電容；線性變壓器電源是通過負(fù)載電壓和功率選定變壓器。

阻容降壓電流計(jì)算

阻容降壓電路可以等效為由降壓電容C1和負(fù)載電阻R1組成，電阻和電容串聯(lián)分壓。

電容C1的容抗為Zc=-j/wC=-j/2πfC

電阻R1的阻抗為Zr=R

總的等效阻抗為Z=Zc+Zr=-j/2πfC+R

所以I=U/Z=U/(Zc+Zr)=U/(-j/2πfC+R)

因?yàn)樽枞萁祲弘娫磧H適用于小電流電路，選取的電容容值范圍一般為0.33UF到2.5UF，所以Zc為-1592j到-9651j。而等效負(fù)載阻抗Zr在200Ω左右，顯然有|Zc|>>|Zr|，同時(shí)輸入電源電壓分在負(fù)載上的壓降也遠(yuǎn)小于電容的壓降，所以有：Z≈Zc，矢量圖的θ角接近于90°。

由此可得:

I=U/Z=U/Zc=U/(-j/2πfC)

=220*2π*f*C*j

=220*2π*50*C*j

=j69000C

I=|I|∠90°，電流有效值I1=|I|=69000C。當(dāng)整流方式采用半波整流時(shí)，I1=0.5|I|=34500C。

設(shè)計(jì)舉例

已知條件：負(fù)載工作電流15mA，工作電壓5V。

求降壓電容容值？

采用半波整流方式，根據(jù)計(jì)算式I1=0.5|I|=34500C可知，C=0.43uF。所以此處選用0.47uF的電容，反過來可以驗(yàn)證提供的電流I1=34500C=16.2mA，多余電流從穩(wěn)壓管流過。

阻容降壓的優(yōu)點(diǎn)：

體積?。怀杀镜?。

阻容降壓的缺點(diǎn)：

非隔離電源，不安全；

不能用于大功率負(fù)載；

不適合容性和感性負(fù)載；

不適合動(dòng)態(tài)負(fù)載。

2.阻容降壓原理與元器件選型計(jì)算

1電容充電放電原理

電容是一種以電場形式儲(chǔ)存能量的無源器件。電容充放電過程的本質(zhì)是兩導(dǎo)電平行板獲取與釋放電子的過程。

電容充電：

當(dāng)電容內(nèi)電場強(qiáng)度E小于電容兩端外接電源電 壓U時(shí)，電容開始充電。此時(shí)電容正電極不斷失電子，負(fù)極不斷得電子，內(nèi)電場E不斷增強(qiáng) 直到與外接電壓U相等時(shí)，充電結(jié)束。

電容放電：

當(dāng)電容內(nèi)電場強(qiáng)度E大于電容兩端外接電源電 壓U時(shí)，電容開始放電。此時(shí)電容正電極不斷得電子，負(fù)極不斷失電子，內(nèi)電場E不斷減弱 直到與外接電壓U相等時(shí)，放電結(jié)束。

電容的直流充電放電過程

電容的交流充電放電過程

電容的直流充電放電是一次完成的，而交流充電放電是一個(gè)不斷重復(fù)出現(xiàn)的過程。

2阻容降壓電路基本原理

全波整流電路

半波整流電路

各元器件作用和選擇

F1：保險(xiǎn)絲，起過流保護(hù)作用，選用400mA250V型號(hào)。

RV1：壓敏電阻，起浪涌保護(hù)作用，一般選用10D471K型號(hào)。

C1:降壓電容，利用較大的容抗限制電路總電流。常用聚酯電容(CL21)、聚丙烯電容(CBB21)、安規(guī)電容(X2) ，容值依負(fù)載需求而定，此電容容量越大電路越 不安全，在設(shè)計(jì)此電路時(shí)，如果220VAC供電情況下容量超過2.5uF，110VAC 供電情況下容量超過4uF就因該放棄阻容降壓考慮其它電路。此處選用0.56uF 安規(guī)電容(X2)，提供19mA電流。

R2：放電電阻，斷電后為電容C1提供放電回路，防止在快速插拔電源插頭或插頭 接觸不良時(shí)C1電容上的殘余電壓和電網(wǎng)電壓疊加對(duì)后續(xù)器件形成高壓沖擊和 防止拔出電源插頭后接觸到人體對(duì)人員產(chǎn)生傷害。一般要求斷電后C1電壓衰減到37%的時(shí)間應(yīng)小于1秒，因?yàn)門=RC*Ln[（V0-V1)/(Vt-V1）],所以T=RC，R=t/C，R<1/C。此處用3個(gè)390K的0805貼片電阻（分擔(dān)電壓和功率）。

R1：限流電阻，此電阻主要是防止首次上電和在快速插拔電源插頭或插頭接觸不 良時(shí)所產(chǎn)生的高壓沖擊對(duì)整流二極管的損壞。電容C2在首次上電如果剛好碰在波峰處，因C2在通電瞬間呈短路狀態(tài)（一階零狀態(tài)響應(yīng)），此時(shí)交流電源 直接加在R1和整流管上，R1上有220VAC*1.414=311VDC瞬間直流電壓，如果上 電時(shí)C1電荷未放完，此電壓可能會(huì)更高 。所以R1要選擇耐電流沖擊強(qiáng)和耐高 壓的電阻，R1電阻不能太小，也不能太大，電阻太小沖擊電流大，電阻太大 整個(gè)電路功耗增大。整流二極管的峰值電流一般會(huì)比較大，如1N400X系列 峰值電流為50A，所以一般取R1電阻在10-50Ω之間。

DZ1:穩(wěn)壓二極管，選用1N4733，穩(wěn)壓電壓Vz為5.1V。DZ1的最大穩(wěn)壓電流Iz必須大于電容C1最大充放電電流。

R5：與電容E1、C2組成RC濾波，減小紋波。

D1：整流二極管，起半波整流作用，選用1N4007。

D2：整流二極管，起半波整流作用，選用1N4007。

E1：電解電容，對(duì)穩(wěn)壓后的電壓濾波，同時(shí)在電源關(guān)斷的半個(gè)周期為負(fù)載提供電 能。電源下半個(gè)周期來臨前，E1必須保證為負(fù)載提供的電壓不能衰減太多，此處選用1000uF25V型號(hào)。T=RC*Ln[（V0-V1)/(Vt-V1）]=10mS，所以衰減后 的電壓Vt=4.8V。

C2：貼片電容，濾波作用，選用0.1uF。

R6：放電電阻，斷電后為E1提供放電回路，一般為5~10K。

R7：等效負(fù)載。

三 阻容降壓的應(yīng)用

阻容降壓因其體積小成本低的特點(diǎn)，適合于小功率小電流負(fù)載。常見應(yīng)用有電能表、小功率LED燈驅(qū)動(dòng)、小家電和溫控器等。

審核編輯：湯梓紅