常说的阻容降压就是指电容降压式电路,实物如图1所示,其作用是将输入的220V交流电转换为低压直流电。这类电路通常用于低成本、非隔离的小电流电源中,其输出电压通常可在几伏或数十伏,所能提供的电流大小正比于电容容量。
一、电容降压原理
电容对于交流信号具有阻碍作用,其大小用容抗(Xc)来表示。容抗与交流信号的频率成正比,与电容的容量成反比,即Xc=1 /(2πf C)。例如:在市电电路中(频率为50Hz ),一只容量为1μF的电容的容抗约为3180Ω。当220V的交流电加在该电容的两端时,则流过该电容的电流约为70n LA。虽然流过电容的电流有70mA,但在电容上并不产生功耗。
众所周知,如果将一只8W/110V或5W/65V的灯泡直接接在220V市电电路中,灯炮肯定会烧毁;如果将灯泡与一只1μF的电容串联后接到220V市电电路中,灯泡会正常发光,不会被烧毁,这是因为8W/110V与5W/65V灯泡额定电流分别为72mA (8W / 110V) , 77mA(5W/65V),均与1μF电容允许的最大电流(约为70mA)接近。由此可见,如果在电容后再串联一只阻性元件,则流过阻性元件两端的电压及功耗完全取决于阻性元件自身的特性,电容实际上起到一个限制电流和动态分配电容和负载两端电压的角色。
二、阻容降压电路分析
阻容降压电源的基本电路如图2所示,C1为降压电容,VD2为半波整流二极管。输入的AC220V交流电经C1限流后,由VD2半波整流、C2滤波,得到一直流电压。二极管VD 1的作用是在市电负半周时给C1提供放电回路。VD3是输出电压稳压二极管,其稳压值决定输出电压值。电阻R1的作用是在关断电源后泄放C1内残存的电荷,从而保证人、机安全,故R1又称作泄放电阻。
在图2中,若不接稳压二极管,整流后未经稳压的直流电压一般会高于30V,并且会随负载电流的变化发生很大的波动,这是因为此类电源的内阻很大,故不适合大电流供电的场合。
在实际应用时,可将VD1换成稳压二极管,如图3所示,让VD1既起稳压作用,又在市电负半周时给C1提供放电回路。
上述电路均是采用半波整流方式,输出的直流电流约为整流前输入交流电流的0.44倍,若上述电路中的C1容量为1μF,流过该电容的最大电流约为70mA,则半波整流后输出的最大直流电流约为30mA。若想向负载提供较大的电流,则可采用桥式整流电路,如图4所示,这是因为桥式整流输出的直流电流为半波整流方式的两倍,即为整流前输入交流电流的0.89倍。也就是说,在图4中,若C1容量为1μF,则整流后输出的最大直流电流约为60mA。
值得一提的是,虽然全波整流电路的输出电流也较大(与桥式整流相同),但一般采用浮地方式,稳定性和安全性均较差,所以在此类电路中基本不采用。