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无变压器电源(阻容降压电源)

2021年3月6日 1637点热度 1人点赞 0条评论

电路设计过程中最重要的一步是使用交流市电产生低压直流电,为电路供电。有很多方法可以将交流电压转换为直流电压。一种方法是使用降压变压器将220V AC降低到较低的AC值。然后使用整流二极管整流并使用电容进行滤波从而产生比较稳定的直流电压。进一步使用各种稳压电路将电压稳定到一定的精度,提供给电路使用。现在常见的产生稳定电压的电源是使用开关电源的方式,直接将220V交流市电整流为300V左右的直流电压,然后使用脉宽调制方式使用开关管和开关变压器将电压降低到需要的稳定的直流电压以提供给电路使用。

基于变压器的电源可以有效地提供足够的电流,它仍会占用大量空间,并使小工具体积庞大。变压器的成本也很高。开关电源虽说比变压器成本和体积小很多,但元件也比较多而且使用开关变压器,体积也相对比较大。

这些电源优点是成本相当低,一只电阻一只电容就可以将电压降低到需要的数值,占用的空间很小,因此适合小型电路的使用。缺点也是很明显,只能提供很小的电流,无法满足大电流电路的要求。此外,电路与市电电源之间没有隔离。主要应用于小型的充电剃须刀,手电筒等小电器中。

无变压器电源的两种基本类型是电容性和电阻性。电容型效率更高,因为其散热和功耗非常低。电阻型电源耗散更多的热量,因此功率损耗相当高。如果电路需要几毫安的极低电流,则无变压器电源是理想的解决方案。在设计无变压器电源之前,我们应该知道如何计算电阻和电容的数值。

阻容降压电源电路图

阻容降压电源电路图-图1

设计注意事项

如果将电容器和电阻器与交流电源串联,则只要电容器的电抗大于所用串联电阻的电阻,就可以使通过电阻的电流保持恒定。流过电阻器R1的电流取决于电容器C1的值。也就是说,较高容量的电容器会向电路提供更大电流。流过降压电容器C1的电流取决于其电抗,流过电容器C1的电流值表示为:

IRMS = VIN /X

其中IRMS是流过的电流,“X”是电容器的电抗,VIN是线电压(230V)。

确定电路需要的最大电流,就可以计算降压电容器的容量,上个公式计算出电容器的电抗,通过下面的公式就可以计算出电容器的容量C(单位为法拉)。其中f是市电的频率50Hz,工作电压的范围可以根据电容器的耐压从220V到630V。

容抗计算公式

容抗计算公式

例如,如果使用0.22µF的电容器,则在50Hz,230V的电压下可产生约14.4欧姆的电抗。

假设流经电容器的电流为“ I”,电源电压为230伏,那么流经电容器的电流I为V / X。也就是说,230V / 14.4 = 15.9 mA。

阻容降压电容对应电流表

阻容降压电容对应电流表-图2

只要输出电流小于或等于输入电流,通过负载的电压就保持恒定。该电流受到电阻器R1和电容器C1的限制。R1对于限制上电时的浪涌电流是必要的。高压电容器C1用作电流和电压限制器,可将230V AC降至低压AC。

电容电抗(X),电容(C)和输出电流(I)之间的关系表示为:

阻容降压电流计算公式

其中C1为降压电容,其容量决定能提供的电流大小(图2),也可以通过上面公式进行计算。R1为防电流冲击电阻。R2(470K)并联在C1上,为泄放电阻。当电源断开时,她将释放电容C1中储存的高达300V的电压。防止储存的高压对人身和设备造成伤害。

电路直接连接市电220V,电容C1选择至少为耐压400V的无极性电容,R1的功率取决于电路电流大小,使用I2R计算其功率。

如果电路中存在昂贵的IC,请不要使用无变压器电源,因为市电不经隔离,即使直流电压只有几伏,220V的电压也会通过分布电容作用在IC上,会造成IC的击穿损坏。线路中的瞬时电涌,雷击和短路会导致电路损坏。如果不小心处理,电路可能会造成致命的电击。因此,在测试和安装过程中要格外小心。通电时请勿触摸电路的任何部分。

本作品采用 知识共享署名 4.0 国际许可协议 进行许可
标签: 容抗计算公式 无变压电源 阻容降压电源
最后更新:2021年3月8日

mars_y@189.cn

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