在常用的低壓電源中,用電容器降壓(實際是電容限流)與(yu) 用變壓器相比,電容降壓的電源體(ti) 積小、經濟、可靠、效率高,缺點是不如變壓器變壓的電源安全。通過電容器把交流電引入負載中,對地有220V電壓,人易觸電,但若用在不需人體(ti) 接觸的電路內(nei) 部電路電源中,本弱點也可克服。如冰箱電子溫控器或遙控電源的開/關(guan) 等電源都是用電容器降壓而製作的。
相對於(yu) 電阻降壓,對於(yu) 頻率較低的50Hz交流電而言,在電容器上產(chan) 生的熱能損耗很小,所以電容器降壓更優(you) 於(yu) 電阻降壓。
電容降壓的工作原理並不複雜。他的工作原理是利用電容在一定的交流信號頻率下產(chan) 生的容抗來限製最大工作電流。例如,在50Hz的工頻條件下,一個(ge) 1uF的電容所產(chan) 生的容抗約為(wei) 3180歐姆。當220V的交流電壓加在電容器的兩(liang) 端,則流過電容的最大電流約為(wei) 70mA。雖然流過電容的電流有70mA,但在電容器上並不產(chan) 生功耗,應為(wei) 如果電容是一個(ge) 理想電容,則流過電容的電流為(wei) 虛部電流,它所作的功為(wei) 無功功率。根據這個(ge) 特點,我們(men) 如果在一個(ge) 1uF的電容器上再串聯一個(ge) 阻性元件,則阻性元件兩(liang) 端所得到的電壓和它所產(chan) 生的功耗完全取決(jue) 於(yu) 這個(ge) 阻性元件的特性。例如,我們(men) 將一個(ge) 110V/8W的燈泡與(yu) 一個(ge) 1uF的電容串聯,在接到220V/50Hz的交流電壓上,燈泡被點亮,發出正常的亮度而不會(hui) 被燒毀。因為(wei) 110V/8W的燈泡所需的電流為(wei) 8W/110V=72mA,它與(yu) 1uF電容所產(chan) 生的限流特性相吻合。同理,我們(men) 也可以將5W/65V的燈泡與(yu) 1uF電容串聯接到220V/50Hz的交流電上,燈泡同樣會(hui) 被點亮,而不會(hui) 被燒毀。因為(wei) 5W/65V的燈泡的工作電流也約為(wei) 70mA。因此,電容降壓實際上是利用容抗限流。而電容器實際上起到一個(ge) 限製電流和動態分配電容器和負載兩(liang) 端電壓的角色。
電容降壓式簡易電源的基本電路如圖1 ,C1 為(wei) 降壓電容器,D2 為(wei) 半波整流二極管,D1 在市電的負半周時給C1 提供放電回路,D3 是穩壓二極管,R1 為(wei) 關(guan) 斷電源後 C1 的電荷泄放電阻。在實際應用時常常采用的是圖2 的所示的電路。當需要向負載提供較大的電流時,可采用圖3 所示的橋式整流電路。
這一類的電路通常用於(yu) 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(jue) 於(yu) 所使用的齊納穩壓管。所能提供的電流大小正比於(yu) 限流電容容量。采用半波整流時,每微法電容可得到電流(平均值)為(wei) :(國際標準單位)
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(wei) :
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,此類電路全波整流雖電流稍大,但是因為(wei) 浮地,穩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,需要注意以下事項:
1、未和220V交流高壓隔離,請注意安全,嚴(yan) 防觸電!
2、限流電容須接於(yu) 火線,耐壓要足夠大(大於(yu) 400V),並加串防浪湧衝(chong) 擊兼保險電阻和並放電電阻。
3、電路設計時,應先測定負載電流的準確值,然後參考示例來選擇降壓電容器的容量。因為(wei) 通過降壓電容 C1 向負載提供的電流 Io ,實際上是流過 C1 的充放電電流 Ic 。 C1 容量越大,容抗 Xc 越小,則流經 C1 的充、放電電流越大。當負載電流 Io 小於(yu) C1 的充放電電流時,多餘(yu) 的電流就會(hui) 流過穩壓管,若穩壓管的最大允許電流 Idmax 小於(yu) Ic-Io 時易造成穩壓管燒毀。
4、為(wei) 保證 C1 可靠工作,其耐壓選擇應大於(yu) 兩(liang) 倍的電源電壓。
5、泄放電阻 R1 的選擇必須保證在要求的時間內(nei) 泄放掉 C1 上的電荷。