阻容降压是什么？原理该怎么理解？

　　阻容降压

 

　　阻容降压是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的交流电压加在电容器的两端，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。

 

　　采用电容降压时应注意以下几点：

 

　　1. 根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容，而不是依据负载的电压和功率。

 

　　2. 限流电容必须采用无极性电容，绝对不能采用电解电容。而且电容的耐压须在400V以上。最理想的电容为铁壳油浸电容。

 

　　3. 电容降压不能用于大功率负载，因为不安全。

 

　　4. 电容降压不适合动态负载。

 

　　5. 同样，电容降压不适合容性和感性负载。

 

　　6. 当需要直流工作时，尽量采用半波整流。不建议采用桥式整流， 因为全波整流产生浮置的地，并在零线和火线之间产生高压，造成人体触电伤害。而且要满足恒定负载的条件。

 

　　容降压式简易电源的基本电路如图1，C1为降压电容器，VD2为半波整流二极管，VD1在市电的负半周时给C1提供放电回路，VD3是稳压二极管，R1为关断电源后C1的电荷泄放电阻。在实际应用时常常采用的是图2的所示的电路。当需要向负载提供较大的电流时，可采用图3所示的桥式整流电路。

 

　　器件选择

 

　　1.电路设计时，应先测定负载电流的准确值，然后参考示例来选择降压电容器的容量。因为通过降压电容C1向负载提供的电流Io，实际上是流过C1的充放电电流Ic。C1容量越大，容抗Xc越小，则流经C1的充、放电电流越大。当负载电流Io小于C1的充放电电流时，多余的电流就会流过稳压管，若稳压管的最大允许电流Idmax小于Ic-Io时易造成稳压管烧毁。

 

　　2.为保证C1可靠工作，其耐压选择应大于两倍的电源电压。

 

　　3.泄放电阻R1的选择必须保证在要求的时间内泄放掉C1上的电荷。

 

　　设计举例

 

　　图2中，已知C1为0.33μF，交流输入为220V/50Hz，求电路能供给负载的最大电流。

 

　　C1在电路中的容抗Xc为：

 

　　Xc=1 /（2 πf C）= 1/（2*3.14*50*0.33*10-6）= 9.65K

 

　　流过电容器C1的充电电流（Ic）为：

 

　　Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA。

 

　　通常降压电容C1的容量C与负载电流Io的关系可近似认为：C=14.5I，其中C的容量单位是μF，Io的单位是A。

 

　　电容降压式电源是一种非隔离电源，在应用上要特别注意隔离，防止触电。

　　1、电容降压原理：

　　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。

　　注：电容降压电路中，在电容器上不会产生功耗，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，它所做的功为无功功率。所以在一个1uF的电容器上再串联一个阻性组件，则阻性组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组件的特性。因此，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。

　　2、使用电容降压注意点：

　　（1）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；

　　（2）限流电容必须采用无极性电容；且，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。最理想的电容为铁壳油浸电容；

　　（3）电容降压不能用于大功率负载；

　　（4）限流电容须接于火线，且电容降压不适合动态负载；

　　（5）电容降压不适合容性和感性负载；

　　（6）需要直流工作时，尽量采用半波整流。不建议采用桥式整流，因为全波整流产生浮置的地，会在陵县和火线之间产生高压，容易造成人体触电伤害。并且需要满足恒定负载的条件。

　　（7）当电容C确定后，输出电流I是恒定的，而且输出直流电压随着负载电阻RL大小的不同在一定范围内变化。RL越小输出电压越低，RL越大输出电压越高。

　　（8）稳压管的稳压值应等于负载电路的工作电压。稳压管的最大稳定电流应该取比通过电容电流大一些，而最小稳定电流不得大于通过RL的电流。

　　3、示例分析：

　　下图中，C1为降压电容，一般为0.33-3.3uF。在此设为C1=2uF，整流管的导通电阻通常为几欧姆，稳压管VS的动态电阻为10欧姆左右，限流电阻R1及负载电阻RL一般为100-200欧姆，滤波电容一般为100uF-1000uF，其容抗可忽略。因此，可将图1电路等效为图2的交流电路，且满足容抗XC1》R的条件。

　　电容C1的容抗XC1为：

　　XC1 =1/（2PI*fC1）= 1/（2*3.14*50*2uF）=1592欧姆

　　由于R远小于XC1，则R上的压降VR也远小于C1上的压降，所以VC1与电源电压V近似相等，即VC1=V。则有：

　　整流后的直流电流平均值Id为：

　　Id =V/XC1=V*（2PI*fC1）= 0.62C1（mA）

　　结论：

　　（1）在使用电源变压器做整流电源时，当电路中各项参数确定后，输出电压是恒定的，而输出电流Id随负载增减变化；

　　（2）使用电容降压做整流电路时，由于Id=0.62C1，则Id与C1成正比，则当C1确定后，输出电流Id是恒定的，输出直流电压随负载电阻RL大小的不同在一定范围变化。RL越小，输出电压越低；RL越大，输出电压越高。

　　C1取值选择：

　　C1的大小应根据负载电流来选择，如负载电路工作电压为9V，负载平均电流为75毫安，则有Id=0.62C1，可得出C1=1.2uF。由于稳压管VD5的损耗，则C1可取1.5uF，则此时电源实际提供的电流为Id=93mA.

　　稳压管稳定电流选择：

　　稳压管的稳压值应等于负载电路的工作电压。由于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，R1及VD5回路中将通过全部的93mA电流，所以VD5的最大稳定电流应该取100mA为宜。又因为RL与VD5并联，则在保证RL取用75mA工作电流是=时，尚有18mA电流通过VD5，所以稳压管的最小稳定电流不得大于18mA，否则将失去稳压作用。

　　限流电阻取值：

　　限流电阻取值不能太大，否则将会增加电能损耗，并且也会增加C2的耐压要求。如若R1=100欧姆，R1上的降压为9.3V，则损耗为0.86W，可以取100欧姆1W的电阻。

　　滤波电容取值：

　　滤波电容一般为100uF-1000uF，但需注意其耐压值。如负载电压为9V，R1上的压降为9.3V，总压降为18.3V，则滤波电容C2应取25V以上为好。

　　注：电容降压电源是一种非隔离电源，在应用上需特别注意隔离，以防止触电。