聊聊阻容降压原理 和 实际使用的电路
时间:2022-09-27 15:00:04
电路小班,谈电阻降压电路的原理和电路的实际使用 ... 矜辰所致
目录
- 前言
- 一、阻容降压简介
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- 1.1 阻容降压是什么?
- 1.2 一般标准电路图
- 1.3 阻容降压的原理
- 1.4 阻容降压的优缺点
- 二、实际使用说明
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- 2.1 实际应用电路
- 2.2 电路使用注意事项
- 2.3 关键设备的选择
- 结语
前言
多年前,我在产品上接触了电阻降压电路。最近,我把以前的记录翻到笔记本上。虽然电阻降压现在用得不多,但我也会做一个好的记录,以备不时之需。
本期电路小班,我们来谈谈 阻力降压电路的原理 和 实际使用的电路。
一、阻容降压简介
先简单说明一下 阻容降压 基础知识。
1.1 阻容降压是什么?
什么是阻容降压?我们来看看百度百科的名词说明:
首先,我认为这个解释不是很好,很容易给那些不理解的人造成混乱,一段电阻降压,一段电容降压,虽然没有问题,只是用电阻电容降压。
专业解释有点专业得过头= =! 说一些大家都能理解的话:
阻容降压电路,就是使用 电阻电容 降压电路应用于交流直流。
电路的原理是 在一定频率的交流信号下流信号下产生的容抗来限制最大工作电流的电路(具体分析如下),但在使用过程中会在降压电容上并联一个泄流电阻, 因此,它通常被称为阻容降压电路,而不是 电容降压电路。
1.2 一般标准电路图
现在我们来看看一般的阻容降压电路图,
阻容降压电路由 由降压、整流、稳压和滤波组成:
- 降压部分是 本文的核心说明部分,下面将分析阻容降压的原理;
- 利用整流桥进行交流转直流, 分为全波整流(4个二极管),上图为全波整流和半波整流( 二极管),这是基础,大家应该都能理解;
- 稳压部分采用稳压二极管,也是基础。全面了解二极管就够了。 还详细说明了稳压二极管的原理;
- 电容滤波,基础中的基础,使输出更加平。
1.3 阻容降压的原理
前面介绍 电阻降压电路的工作原理是:电容在一定频率的交流信号下产生的电阻限制最大工作电流 ,以下是分析分析。
众所周知,电容可以通过交流电阻碍直流电。
然而,当电容器通过交流电时,它不能完全顺利通过,这将产生一定的障碍,而这种障碍是由于电容器本身的容抗。
容抗: Xc = 1/(2πfC)
在上述公式中,f 为了交流电的频率,我们的市电一般都是 50hz ,C 我们电容本身的容量值
然后我们知道,电流 = 电压 / 电阻
电流: Ic = U/Xc
上面公式中 Xc 是电容的容抗,电压一般是市电 220V ,所以根据这个公司可以求出流过电容的最大电流(这里理想情况理论值,实际上会这个这个小)。
从上面可以得出:
Ic = U2πfC
实际上,f 为 50Hz我们知道,π 也知道, C自己选择电容值,U 为多少呢?
采用全波整流时,整流平均值系数为 0.89 ,所以电压 U 为 0.89* 220 V,此时可计算电流:
Ic = 0.89 * 220 * 2 * 3.14 * 50 * C(A)≈ 60000 C (A)
采用半波整流时,整流平均值系数为 0.44 ,所以电压 U 为 0.44* 220 V,此时可计算电流:
Ic = 0.44 * 220 * 2 * 3.14 * 50 * C(A)≈ 30000 C (A)
它看起来很大,但我们通常使用电容器 uF,上述公司可以通过转换得出结论,每1uF 电容使用半波整流得到的电流平均值为 30mA,通过全波整流获得的平均值为 60mA。
正如上面提到的,电容器实际上起着作用 限制电流 和 动态分配电容器和负载两端电压 在上面的分析中,我们解释了角色 限制电流的 作用。
那么 动态分配电容器和负载两端电压 怎么理解?
电阻降压电路,实际上可以理解,电路相当于电容产生的电阻和负载电阻串联形成的分压,发挥降压目录,但由于电阻的存在,限制了电路的最大电流,简单模型如下图所示:
据说电容器可以限制流量,但不能限制压力,因此需要一个稳压二极管来匹配负载所需的电压。
?? 在电阻降压电路中,电路工作的最大电流由电容值决定,最终输出电压由稳压二极管决定。
另外,阻容降压电路寿命的关键在于 降压电容器,所有电容器都会衰减,容量会变得越来越低,在选择时应选择特殊的电阻降压电容器,衰减相对较慢,电路寿命会更长。
1.4 阻容降压的优缺点
没有什么是完美的,阻容降压有他的优点,也有他的缺点。
优点:
他最大的特点是:成本低!体积小!(相对而言,合理应用)
但事实上,还有一点必须提到,交流电通过电容器,虽然有容量阻力,但没有能量消耗(电容器储能,你可以理解为水库,它可以储存水,也可以出水,但本身不消耗水),这也是使用电容器降压的优点之一。
缺点:
说起来可能有点缺点…… = =! 这就是为什么随着技术的进步和其他方案成本的降低,阻容降压的使用越来越少。
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安全性不高
它不是隔离电源,必须防止人体接触,有一定的触电风险;
桥式整流比半波整流差。 -
只适用于小功率电路
虽然理论上可以增加电容量,增加电流,但电容体积成本会增加,不一定比其他方案更划算 -
不适合容性,感性负载
感性负载是指具有电感参数的负载,负载电流滞后于负载电压的相位差特性。
容性负载一般是指带电容参数的负载,即符合电流超前电压特性的负载。
一个超前一个超后只适用于 阻性负载。 -
不适用于动态负载
二、实际使用说明
我们知道阻容降压的基本电路和阻容降压的原理。让我们来看看实际使用中的电路,然后解释使用情况 电阻降压电路需要注意的问题。
2.1 实际应用电路
让我们来看看实际应用电路:
作为记录,这里不计算具体值,但与通用标准电路相比,这里的电路有更多的东西,这将说明每个部分的特殊用途。
过流浪涌保护:
在上图中,前端增加了一个保险丝 F1, 和 R8 压敏电阻,这部分主要起保护作用,以上 C4 安全电容,不需要也可以。
当电流过大或电压突变时,后端电路由保险丝和压敏电阻保护。
阻止降压部分:
上面提过,阻容降压部分核心为电容,电容实际中一般用 CBB 和 X2 电容,选择专门用于阻容降压的电容,就是上图的 C2 。
上面 C2 并联了一个电阻 R5,称为泄流电阻,当负载断开以后为降压电容提供放电回路,一般安规有要求,在拔掉电源以后,电压要在一定时间内衰减到多少,就是靠这个泄流电阻。
上图中还多了一个 R6, 这个电阻起到的作用是限流保护,此电阻应为阻燃的线绕电阻,防止第一次上电或者快速断电上电的时候产生的瞬间高压,对后端电路的冲击,比如保护整流二极管。
整流部分:
上面电路使用的是全波整流,直接使用的专门的整流桥,就是 D3。
稳压部分:
稳压部分就简单了,根据自己的负载电压需求,并联对应的稳压管,上图中的 D4。
滤波电容:
滤波电容也比较简单,上图的 C3 ,因为上图后端我还接了 DCDC 降压电路,如果直接接负载,建议再加一个 104 的贴片电容来去除高频谐波。
2.2 电路使用注意事项
阻容降压电路的注意事项很多文章都有说明,我这边结合总结一下:
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电容的选取应根据负载的电流大小和交流电的工作频率来决定;
根据上面分析原理的公式可以确定。 -
限流电容 必须采用无极性电容;
实际中一般用 CBB 和 X2 电容,而且有专门用于阻容降压的电容。 -
限流电容 须接于火线,且电容降压不适合动态负载;
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需要直流工作时,尽量采用半波整流。
因为半波整流比全波整流相对安全一些,但是半波整流的功率为全波的一半。 -
由上面原理分析得到,当电容选定以后,输出电流 的值就确定了,而输出电压就取决于负载电阻大小了。电压不恒定,所以必须要加稳压二极管。
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在讲缺点的时候也提到了,阻容降压不能用于大功率负载,负载不能是感性负载和容性负载。
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稳压二极管根据负载选定,但是需要考虑一定他的电流因数,下面会分析。
2.3 关键器件选择
保险丝:
一般选用 250VAC ,电流根据自己的负载功率选择。
压敏电阻:
压敏电阻是用来防止浪涌的,一般来说 110V 的时候选 221k, 220V选 471K ,
然后根据负载功率, 5W 以内用 7D(型号) ,5W 以上用 10D。
有的地方建议,220V选 10D561;120V 选10D431;
其中 7D 10D 还有14D 是压敏电阻根据吸收能量的不同来区分的型号。
比如上图实际电路中选择的为 7D471。
线绕电阻/限流电阻:
上图中的 R6,阻燃的线绕电阻,此电阻应选择耐电流冲击强和耐高压的电阻,电阻不能太小,也不能太大,电阻太小冲击电流大,电阻太大整个电路功耗增大。
所以一般取 R6 电阻在10-50Ω之间 ,上图实际选的为 33R。
降压电容:
耐压应该大于 两倍的电源电压:
如果电源电压为 110V 时,电容的耐压值必须在 275V 以上;
如果电源电压为 220V 时,电容的耐压值需在 600V 以上。
使用无极性电容,常用的CBB 和 X2 降压电容。
根据负载选定大小,一般推荐的容量有:0.1,0.22,0.33,0.47,0.68uF。
比如上图实际中选择的为 0.68uF。
泄流电阻:
耐压大于降压电容的电压,功率要注意,也可以使用两个电阻串联起来,比较安全。
断电后为降压电路提供放电回路,一般要求断电后C1电压衰减到37%的时间应小于1秒
RC < 0.37
R< 0.37/C
取值一般在 470K ~ 1M,比如上图实际选择的为 750K,1W。
整流桥:
如果是选择整流桥,没什么好说的,如果是使用二极管,注意一下整流电流和最大反向电流。
稳压管:
根据负载需要的电压来选择,具体采用型号由电压和功率决定。
要特别注意他的电流属性。
稳压管的最大稳定电流必须大于降压电容确定的电流:
原因是电容降压电源提供的是恒定电流,因此一般不怕负载短路,但当负载完全开路时,限流电阻及稳压管回路中将通过全部的电流,
假负载:
假负载上图中没有,就是与稳压管并联一个电阻,在没有真正负载的时候,这个电阻就成了这个电路的负载,用来防止电路没有真正负载的时候输出端电流过流。
耐压值必须大于输出电压,一般取值在 10K~1M ,功率要注意,1/4W以上。
结语
本文通过实际使用过的一个阻容降压电路,来分析说明了一下阻容降压电路。
虽然阻容降压有一些明显的缺点,很多地方都基本淘汰了,但是在一些低沉本小功率的场合,还是能见到他的身影。
文章首发于CSDN,我是矜辰所致,CSDN,公众号同名,手动防抄袭。
如果预算有限,或者对阻容降压感兴趣,在合理选型的前提下大家都可以尝试一下这种低沉本的解决方案,如果设计得当,用很低的成本用个几年也不是什么问题。
好了,本文就到这里,谢谢大家!
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