降压电路除使用变压器外,还可以使用电容器进行交流市电电压的降低。如图所示,是采用电容器降低交流电压的电路。电路中,C1是降压电容,R1是负载电阻,U为输入的交流220V市电。
一、电路分析
关于这一降压电路的工作原理,主要说明以下几点:
1、交流市电是50Hz的交流电,电容C1对交流市电存在着容抗,这样在C1上存在电压降,使加到负载R1两端的电压下降,只要根据负载电阻R1大小,合理选取C1的容量大小(取得合适的容抗),就能控制C1上电压降Uc的大小,便能获得所需的交流电压Uo的大小,达到降压的目的。
2、由于交流市电电压比较高,所以对电路中降压电容C1的耐压要求较高,一般应不小于450V。
3、由于采用电容降压,而电容器对交流电没有隔离作用,所以这样降压电路的负载电阻R1上会带电,有触电危险。如果交流市电的火线接线路板的地线端,地线接到C1上,这将使整个电路的地线带有220V交流市电,这是很不安全的,所以在这种降压电路中,严格要求220V火线要接电容C1。
4、电容降压电路的安全性不好,因为一旦火线、地线接反就有触电危险,所以在一般民用电器中不常采用。5、交流电源线应采用三插的插座,这样火线、地线、保护性地线之间不会接错,提高了使用安全性。
二、电路故障分析根据电容降压电路的特点,对电路故障分析说明下列几点:
1、当降压电容漏电时,在电容上的压降减小,加到负载电路上的交流电压升高,整机工作电压将升高,将严重损坏电路工作的安全性。
2、当降压电容击穿时,没有降压功能,负载上直接加上了220V电压,这会损坏电路中的元器件。
3、当降压电容开路时,没有交流电压加到负载电路上,这会使整机电路不工作。
该阻容降压方案,全波整流,电容使用125J ,耐压400V,根据公式推算:125J电容C=1200000pF=1.2μF;容抗Xc=1/2πfc=2653Ω。 220V的交流电压加载电容两端时,流过电容的最大电流约为83mA。也就是电路最大的负载能力
阻容降压电路的误区
电阻电容降压电路,是我们常用的常见的供电方式之一,一般应用于小家电的电路,如电风扇、暖奶器、酸奶机、煮蛋器、拉发器等等。因为阻容降压供电电路成本低,所以很多厂家还是愿意使用,尽管存在很多的缺点。
一般采用阻用降压供电的小家电
我们看一下常见的阻容降压电路:
全波整流
半波整流
我们看到,整个电路包括的器件极少,CBB电容(或者安规电容)、二极管(1个、2个或者4个)、稳压管(由输出电压决定电压值),滤波的电解电容,由此可见这个供电电路的成本是相当的低廉。
这个电路的缺点很明显了:
1、不隔离,整个电路都是带电的;
2、提供的电流小,一般在100MA以下;
3、功率因数极低,不过考虑到本身功率很小,这个影响倒不是很大;
4、使用寿命短,比如稳压管烧坏、降压电容容量降低造成供电不足、滤波电容损坏后造成整个电路烧坏。
本文要讨论的是最后一个问题,怎么降低电路损坏的风险。
上面列举的3种电路中,存在的几大隐患:稳压管容易击穿,滤波电解电容容易老化。
1、稳压管为什么容易击穿?
我们知道220V交流电峰值电压是311V,在峰值电压下,流过稳压管的电流就会比平均值大1.4倍,而且是通电时如果刚好是接近峰值电压值,降压电容C1电压为0,等于是短路状态,此时瞬间电压加在稳压管和滤波电容上,虽然电容电压不能突变,可是电容也是有电阻值的,瞬间电流会比较大,电容上产生的瞬间电压就会比较高,超过稳压管稳压值时,稳压管必然会流过相对较大的电流,稳压管有瞬间击穿的风险。稳压管击穿是最常见的损坏现象。
2、滤波电解电容的老化:上面提到电压在峰值时,电流会是平均电流的1.4倍,那么电解电容上的电流变化是比较大的,长期的大纹波电流流过电解电容,就会造成电解电容的老化,容量下降,而容量下降后,纹波电流变得更大,会加速老化过程。
3、还有一种是由于降压电容采用CBB电容,CBB电容寿命短,容量容易下降。
为减少稳压管损坏风险,电路设计时采用的CBB电容容量值刚好够用,在使用一段时间(如1年)后,容量下降,造成电路供电不足,后级电路就无法正常工作。
针对以上问题,将电路稍改进一下,以全波整流为例,电路如下:
1、抗冲击输入电阻R2:一般采用几欧~几十欧,可以在通电瞬间减少冲击电流,另外在后面电路短路时起到保险电阻作用。
2、稳压管保护电阻R3:一般采用几欧~几十欧,以上电路中,整流桥后直接接的滤波电解电容E1,E1耐压值要稳压管的2倍或以上。电解电容在通电瞬间或者电网电压突变时,电压会上升的比较高,比如12V电压上升到13V,在传统电路中,稳压管必然会流过很大的电流,而改进后,图1稳压管串接保护电阻,使流过稳压管的电流变得波动很小,但是输出电压会随着波动到13V,后级电压要求不高时可按电路1改进。
图2电路同时有R3保护电阻,E1电压上升时,稳压管的电流波动很小,而且输出电压由于有稳压管+滤波电容E2的限制,波动极小,滤波电容E2的耐压值可以降到稳压管电压值的1.2倍。
由以上分析可见,加入2个电阻后,对稳压管、滤波电解电容都起到了保护作用,大大的提高了阻容降压电路的可靠性和寿命。