Part 01
前言
阻容降壓電源分為兩大類,一類是電阻降壓,一類是電容降壓,使用電阻降壓構(gòu)建電源并不是一種有效的方法,因為它具有大量的熱量損失。本篇文章我們會講解電容降壓電路的計算。
Part 02
電容降壓器
我們可以在交流電路中使用電容器(電容自身的容抗)來降低電壓。我們重點需要做的是計算電容器的容值,在交流電路中,電容可以像電阻一樣降低電壓,這利用了電容最基本的特性,也就是通交流阻直流,并且電容是屬于儲能元件,理想的電容是不損耗能量的。
Part 03
電容降壓電路計算實例
為了便于對比,我們以 12V、50mA 的負(fù)載和 230V、50Hz 的交流電源為例,使用與電阻降壓電路方案相同的電路,只是將電阻器替換為電容器。因此,為了便于理解,我們先把電容降壓所需的電阻阻值計算步驟放上。
1)負(fù)載電壓是12V,如果負(fù)載電流按50mA,那么R2電阻兩端的電壓是 0.05 x 100 = 5V。
2)還要考慮橋式整流器的兩個正向偏置二極管的壓降的 1V(每個二極管 0.7 至 1.2V),1 x 2 = 2V。
3)那么我們需要用 R1 下降的凈電壓就等于:230 – 12 – 5 – 2 = 211V;因為輸入電壓是 AC 電壓,也就是 RMS 電壓,所以它等于整流后的 RMS DC 電壓。
4)通過以上計算可知,R1電阻器需要在通過50mA 的電流下降低 211V 電壓。
那么 R = V/I = 211/50mA= 4220Ω
電阻降壓所需的電阻為 4220Ω,因此需要計算電抗值幾乎接近 4220Ω 的電容器。
有人會疑惑了,為什么電路圖中的電容器并聯(lián)了一個電阻器呢?這里的電阻的作用是當(dāng)輸入電源斷電時,泄放電容中儲存的電荷,避免斷電后,人觸摸插頭被電擊到。電阻的阻值在 470k – 1M 范圍內(nèi),阻值比較大的阻值和電容的放電時間要求有關(guān),因為阻值比較大,通過的電流比較小,因此在下面的計算中我們就忽略了R1,所以電容器兩端的等效電阻幾乎與電容的容抗值相同。容抗可以計算為Xc = 1/2ΠfC。
接下來就一步步計算電容降壓的容值,電流,功率:
1)容值計算
Xc = 4220Ω = 1/ 2πfC
F = 50Hz
C = 1/ 4220 x 2 x π x 50 = 0.754μf
由于容抗與電容值成反比,因此選擇的電容器標(biāo)準(zhǔn)值需要高于計算值才能獲得更大的電流。
所以,如果我們選擇一個 1μf 的電容,它的容抗是3183.1Ω。
與電阻降壓器的計算方式相同,電容器上的壓降是216V,那么電路中的電流值= 216 / Z。
電阻降壓電路是純電阻性的,但電容降壓電路有一個無功分量,即容抗。純?nèi)菪院妥栊载?fù)載相差90度,容性電路中電流相位超前電壓相位。
2)輸出電流計算
阻抗Z = 1/2ΠfC + R 2 = 3184.67Ω;
輸出電流變?yōu)?216/3184.67 = 67mA,其中包括了 50mA 負(fù)載電流和齊納二極管電流 Iz = 17mA。
3)輸出功率計算
電路的輸入功率按視在功率計算,因為它同時包含有功功率和無功功率。視在功率 = VI = 230 x 0.067 = 15.41W。
電容器的功率 = I x I x XL sin 90 = 0.067 x 0.067 x 3183.1 = 14.28VAR
輸出負(fù)載功率 = 12V x 50mA = 0.6W
Part 04
總結(jié)
與消耗有功功率的電阻降壓器不同,電容降壓電路中的大部分功率是無功功率。因此,使用電容降壓器遠(yuǎn)比使用電阻降壓器效率更高。電容降壓電路也有許多缺點,比如該電路在交流線路和直流輸出之間沒有電氣隔離,這可能會導(dǎo)致電擊或其他電氣事故。它僅對小電流的產(chǎn)品有用,對于有大負(fù)載輸出要求的產(chǎn)品不可行,因為大電流需要更高的電容,這也意味著電容器的體積會更大,不便于集成。
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