中心議題:
- 電容降壓元器件的選擇
解決方案:
- 電容降壓直流供電電路分析
在電子制作時(shí),為了減小體積、降低成本,往往采用電容降壓的方法代替笨重的電源變壓器,一些知名電容品牌生產(chǎn)商生產(chǎn)的電容將更好地保障其質(zhì)量,如TDK電容、國(guó)巨電容等。但是采用電容降壓方法如元器件選擇不當(dāng),不但達(dá)不到降壓要求,還有可能造成電路損壞。本文從實(shí)際應(yīng)用角度,介紹電容降壓元器件應(yīng)如何進(jìn)行正確選擇。
最簡(jiǎn)單的電容降壓直流供電電路及其等效電路如圖1,C1為降壓電容,一般為0.33~3.3uF。假設(shè)C1=2uF,其容抗XCL=1/(2PI*fC1)=1592。由于整流管的導(dǎo)通電阻只有幾歐姆,穩(wěn)壓管VS的動(dòng)態(tài)電阻為10歐姆左右,限流電阻R1及負(fù)載電阻RL一般為100~200,而濾波電容一般為100uF~1000uF,其容抗非常小,可以忽略。若用R代表除C1以外所有元器件的等效電阻,可以畫出圖2的交流等效電路。同時(shí)滿足了XC1>R的條件,所以可以畫出電壓向量圖。
由于R甚小于XC1,R上的壓降VR也遠(yuǎn)小于C1上的壓降,所以VC1與電源電壓V近似相等,即VC1=V。根據(jù)電工原理可知:整流后的直流電流平均值Id,與交流電平均值I的關(guān)系為Id=V/XC1。若C1以u(píng)F為單位,則Id為毫安單位,對(duì)于22V,50赫茲交流電來說,可得到Id=0.62C1。
由此可以得出以下兩個(gè)結(jié)論:
(1)在使用電源變壓器作整流電源時(shí),當(dāng)電路中各項(xiàng)參數(shù)確定以后,輸出電壓是恒定的,而輸出電流Id則隨負(fù)載增減而變化;
(2)使用電容降壓作整流電路時(shí),由于Id=0.62C1,可以看出,Id與C1成正比,即C1確定以后,輸出電流Id是恒定的,而輸出直流電壓卻隨負(fù)載電阻RL大小不同在一定范圍內(nèi)變化。RL越小輸出電壓越低,RL越大輸出電壓也越高。
C1取值大小應(yīng)根據(jù)負(fù)載電流來選擇,比如負(fù)載電路需要9V工作電壓,負(fù)載平均電流為75毫安,由于Id=0.62C1,可以算得C1=1.2uF??紤]到穩(wěn)壓管VD5的的損耗,C1可以取1.5uF,此時(shí)電源實(shí)際提供的電流為Id=93毫安。
穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值應(yīng)等于負(fù)載電路的工作電壓,其穩(wěn)定電流的選擇也非常重要。由于電容降壓電源提供的的是恒定電流,近似為恒流源,因此一般不怕負(fù)載短路,但是當(dāng)負(fù)載完全開路時(shí),R1及VD5回路中將通過全部的93毫安電流,所以VD5的最大穩(wěn)定電流應(yīng)該取100毫安為宜。由于RL與VD5并聯(lián),在保證RL取用75毫安工作電流的同時(shí),尚有18毫安電流通過VD5,所以其最小穩(wěn)定電流不得大于18毫安,否則將失去穩(wěn)壓作用。
限流電阻取值不能太大,否則會(huì)增加電能損耗,同時(shí)也會(huì)增加C2的耐壓要求。如果是R1=100歐姆,R1上的壓降為9.3V,則損耗為0.86瓦,可以取100歐姆1瓦的電阻。
濾波電容一般取100微法到1000微法,但要注意其耐亞的選擇。前已述及,負(fù)載電壓為9V,R1上的壓降為9.3V,總降壓為18.3V,考慮到留有一定的余量,因此C2耐壓取25V以上為好。