阻容降壓是什么？原理該怎么理解？

　　阻容降壓

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　　阻容降壓是利用電容在一定的交流信號頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大工作電流。

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　　例如，在50Hz的工頻條件下，一個1uF的電容所產(chǎn)生的容抗約為3180歐姆。當(dāng)220V的交流電壓加在電容器的兩端，則流過電容的最大電流約為70mA。雖然流過電容的電流有70mA，但在電容器上并不產(chǎn)生功耗，因為如果電容是一個理想電容，則流過電容的電流為虛部電流，它所作的功為無功功率。根據(jù)這個特點(diǎn)，我們?nèi)绻谝粋€1uF的電容器上再串聯(lián)一個阻性元件，則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產(chǎn)生的功耗完全取決于這個阻性元件的特性。例如，我們將一個110V/8W的燈泡與一個1uF的電容串聯(lián)，在接到220V/50Hz的交流電壓上，燈泡被點(diǎn)亮，發(fā)出正常的亮度而不會被燒毀。因為110V/8W的燈泡所需的電流為8W/110V=72mA，它與1uF電容所產(chǎn)生的限流特性相吻合。同理，我們也可以將5W/65V的燈泡與1uF電容串聯(lián)接到220V/50Hz的交流電上，燈泡同樣會被點(diǎn)亮，而不會被燒毀。因為5W/65V的燈泡的工作電流也約為70mA。因此，電容降壓實際上是利用容抗限流。而電容器實際上起到一個限制電流和動態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓的角色。

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　　采用電容降壓時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

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　　1. 根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當(dāng)?shù)碾娙荩皇且罁?jù)負(fù)載的電壓和功率。

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　　2. 限流電容必須采用無極性電容，絕對不能采用電解電容。而且電容的耐壓須在400V以上。最理想的電容為鐵殼油浸電容。

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　　3. 電容降壓不能用于大功率負(fù)載，因為不安全。

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　　4. 電容降壓不適合動態(tài)負(fù)載。

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　　5. 同樣，電容降壓不適合容性和感性負(fù)載。

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　　6. 當(dāng)需要直流工作時，盡量采用半波整流。不建議采用橋式整流， 因為全波整流產(chǎn)生浮置的地，并在零線和火線之間產(chǎn)生高壓，造成人體觸電傷害。而且要滿足恒定負(fù)載的條件。

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　　容降壓式簡易電源的基本電路如圖1，C1為降壓電容器，VD2為半波整流二極管，VD1在市電的負(fù)半周時給C1提供放電回路，VD3是穩(wěn)壓二極管，R1為關(guān)斷電源后C1的電荷泄放電阻。在實際應(yīng)用時常常采用的是圖2的所示的電路。當(dāng)需要向負(fù)載提供較大的電流時，可采用圖3所示的橋式整流電路。

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　　器件選擇

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　　1.電路設(shè)計時，應(yīng)先測定負(fù)載電流的準(zhǔn)確值，然后參考示例來選擇降壓電容器的容量。因為通過降壓電容C1向負(fù)載提供的電流Io，實際上是流過C1的充放電電流Ic。C1容量越大，容抗Xc越小，則流經(jīng)C1的充、放電電流越大。當(dāng)負(fù)載電流Io小于C1的充放電電流時，多余的電流就會流過穩(wěn)壓管，若穩(wěn)壓管的最大允許電流Idmax小于Ic-Io時易造成穩(wěn)壓管燒毀。

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　　2.為保證C1可靠工作，其耐壓選擇應(yīng)大于兩倍的電源電壓。

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　　3.泄放電阻R1的選擇必須保證在要求的時間內(nèi)泄放掉C1上的電荷。

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　　設(shè)計舉例

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　　圖2中，已知C1為0.33μF，交流輸入為220V/50Hz，求電路能供給負(fù)載的最大電流。

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　　C1在電路中的容抗Xc為：

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　　Xc=1 /（2 πf C）= 1/（2*3.14*50*0.33*10-6）= 9.65K

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　　流過電容器C1的充電電流（Ic）為：

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　　Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA。

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　　通常降壓電容C1的容量C與負(fù)載電流Io的關(guān)系可近似認(rèn)為：C=14.5I，其中C的容量單位是μF，Io的單位是A。

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　　電容降壓式電源是一種非隔離電源，在應(yīng)用上要特別注意隔離，防止觸電。

　　1、電容降壓原理：

　　利用電容在一定的交流信號頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大工作電流。

　　注：電容降壓電路中，在電容器上不會產(chǎn)生功耗，因為如果電容是一個理想電容，則流過電容的電流為虛部電流，它所做的功為無功功率。所以在一個1uF的電容器上再串聯(lián)一個阻性組件，則阻性組件兩端所得到的電壓和它所產(chǎn)生的功耗完全取決于這個阻性組件的特性。因此，電容器實際上起到一個限制電流和動態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓的角色。

　　2、使用電容降壓注意點(diǎn)：

　?。?）電容的選取應(yīng)根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電的工作頻率來決定；

　　（2）限流電容必須采用無極性電容；且，如果電源電壓為110V時，電容的耐壓值必須在275V以上；如果電源電壓為220V時，電容的耐壓值需在600V以上。最理想的電容為鐵殼油浸電容；

　?。?）電容降壓不能用于大功率負(fù)載；

　　（4）限流電容須接于火線，且電容降壓不適合動態(tài)負(fù)載；

　?。?）電容降壓不適合容性和感性負(fù)載；

　?。?）需要直流工作時，盡量采用半波整流。不建議采用橋式整流，因為全波整流產(chǎn)生浮置的地，會在陵縣和火線之間產(chǎn)生高壓，容易造成人體觸電傷害。并且需要滿足恒定負(fù)載的條件。

　?。?）當(dāng)電容C確定后，輸出電流I是恒定的，而且輸出直流電壓隨著負(fù)載電阻RL大小的不同在一定范圍內(nèi)變化。RL越小輸出電壓越低，RL越大輸出電壓越高。

　?。?）穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值應(yīng)等于負(fù)載電路的工作電壓。穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流應(yīng)該取比通過電容電流大一些，而最小穩(wěn)定電流不得大于通過RL的電流。

　　3、示例分析：

　　下圖中，C1為降壓電容，一般為0.33-3.3uF。在此設(shè)為C1=2uF，整流管的導(dǎo)通電阻通常為幾歐姆，穩(wěn)壓管VS的動態(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歐姆，濾波電容一般為100uF-1000uF，其容抗可忽略。因此，可將圖1電路等效為圖2的交流電路，且滿足容抗XC1》R的條件。

　　電容C1的容抗XC1為：

　　XC1 =1/（2PI*fC1）= 1/（2*3.14*50*2uF）=1592歐姆

　　由于R遠(yuǎn)小于XC1，則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。則有：

　　整流后的直流電流平均值Id為：

　　Id =V/XC1=V*（2PI*fC1）= 0.62C1（mA）

　　結(jié)論：

　?。?）在使用電源變壓器做整流電源時，當(dāng)電路中各項參數(shù)確定后，輸出電壓是恒定的，而輸出電流Id隨負(fù)載增減變化；

　?。?）使用電容降壓做整流電路時，由于Id=0.62C1，則Id與C1成正比，則當(dāng)C1確定后，輸出電流Id是恒定的，輸出直流電壓隨負(fù)載電阻RL大小的不同在一定范圍變化。RL越小，輸出電壓越低；RL越大，輸出電壓越高。

　　C1取值選擇：

　　C1的大小應(yīng)根據(jù)負(fù)載電流來選擇，如負(fù)載電路工作電壓為9V，負(fù)載平均電流為75毫安，則有Id=0.62C1，可得出C1=1.2uF。由于穩(wěn)壓管VD5的損耗，則C1可取1.5uF，則此時電源實際提供的電流為Id=93mA.

　　穩(wěn)壓管穩(wěn)定電流選擇：

　　穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值應(yīng)等于負(fù)載電路的工作電壓。由于電容降壓電源提供的是恒定電流，因此一般不怕負(fù)載短路，但當(dāng)負(fù)載完全開路時，R1及VD5回路中將通過全部的93mA電流，所以VD5的最大穩(wěn)定電流應(yīng)該取100mA為宜。又因為RL與VD5并聯(lián)，則在保證RL取用75mA工作電流是=時，尚有18mA電流通過VD5，所以穩(wěn)壓管的最小穩(wěn)定電流不得大于18mA，否則將失去穩(wěn)壓作用。

　　限流電阻取值：

　　限流電阻取值不能太大，否則將會增加電能損耗，并且也會增加C2的耐壓要求。如若R1=100歐姆，R1上的降壓為9.3V，則損耗為0.86W，可以取100歐姆1W的電阻。

　　濾波電容取值：

　　濾波電容一般為100uF-1000uF，但需注意其耐壓值。如負(fù)載電壓為9V，R1上的壓降為9.3V，總壓降為18.3V，則濾波電容C2應(yīng)取25V以上為好。

　　注：電容降壓電源是一種非隔離電源，在應(yīng)用上需特別注意隔離，以防止觸電。