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手把手教你計算成本最低的AC轉DC電源電路:阻容降壓電路之電容降壓

硬件那點事兒 ? 來源:硬件那點事兒 ? 作者:硬件那點事兒 ? 2024-09-11 16:40 ? 次閱讀

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。

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電容降壓

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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。

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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。

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1)負載電壓是12V,如果負載電流按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了一個電阻器呢?這里的電阻的作用是當輸入電源斷電時,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,阻值比較大的阻值和電容的放電時間要求有關,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準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。純容性和阻性負載相差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;

輸出電流變為 216/3184.67 = 67mA,其中包括了 50mA 負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

輸出負載功率 = 12V x 50mA = 0.6W

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Part 04

總結

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,這可能會導致電擊或其他電氣事故。它僅對小電流的產品有用,對于有大負載輸出要求的產品不可行,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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