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喜乐彩2019061212:電容降壓的原理和電容降壓LED驅動電路

發表時間:2017-09-16 21:07

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電容降壓的工作原理并不復雜。他的工作原理是利用電容在一定的交流信號頻率下產生的容抗來限制最大工作電流。例如,在50Hz的工頻條件下,一個1uF的電容所產生的容抗約為3180歐姆。當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生功耗,應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。

  根據這個特點,我們如果在一個1uF的電容器上再串聯一個阻性元件,則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產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,在接到220V/50Hz的交流電壓上,燈泡被點亮,發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電容串聯接到220V/50Hz的交流電上,燈泡同樣會被點亮,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分配電容器和負載兩端電壓的角色。

  采用電容降壓時應注意以下幾點:
  1 根據負載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當的電容,而不是依據負載的電壓和功率。
  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。
  3 電容降壓不能用于大功率條件,因為不安全。
  4 電容降壓不適合動態負載條件。
  5 同樣,電容降壓不適合容性和感性負載。
  6 當需要直流工作時,盡量采用半波整流。不建議采用橋式整流。而且要滿足恒定負載的條件。

  電容降壓LED驅動電路

  采用電容降壓電路是一種常見的小電流電源電路﹐由于其具有體積小﹑成本低﹑電流相對恒定等優點﹐也常應用于LED的驅動電路中。

  圖一為一個實際的采用電容降壓的LED驅動電路﹕請注意﹐大部分應用電路中沒有連接壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管﹐建議連接上﹐因壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管能在電壓突變瞬間( 如雷電﹑大用電設備起動等 )有效地將突變電流泄放﹐從而?;ざ豆睪推淥騫堠o它們的響應時間一般在微毫秒級 。


電路工作原理﹕
  電容C1的作用為降壓和限流﹕大家都知道﹐電容的特性是通交流﹑隔直流﹐當電容連接于交流電路中時﹐其容抗計算公式為﹕
                     XC = 1/2πf C
  式中﹐XC 表示電容的容抗﹑f 表示輸入交流電源的頻率﹑C 表示降壓電容的容量。
  流過電容降壓電路的電流計算公式為﹕
                     I = U/XC
  式中 I   表示流過電容的電流﹑U 表示電源電壓﹑XC 表示電容的容抗在220V﹑50Hz的交流電路中﹐當負載電壓遠遠小于220V時﹐電流與電容的關系式為﹕
                   I = 69C  
  其中電容的單位為uF﹐電流的單位為mA
下表為在220V﹑50Hz的交流電路中﹐理論電流與實際測量電流的比較


  電阻R1為泄放電阻﹐其作用為﹕當正弦波在最大峰值時刻被切斷時﹐電容C1上的殘存電荷無法釋放﹐會長久存在﹐在維修時如果人體接觸到C1的金屬部分﹐有強烈的觸電可能﹐而電阻R1的存在﹐能將殘存的電荷泄放掉﹐從而保證人﹑機安全。泄放電阻的阻值與電容的大小有關﹐一般電容的容量越大﹐殘存的電荷就越多﹐泄放電阻就阻值就要選小些。經驗數據如下表﹐供設計時參考﹕


D1 ~ D4的作用是整流﹐其作用是將交流電整流為脈動直流電壓。
C2﹑C3的作用為濾波﹐其作用是將整流后的脈動直流電壓濾波成平穩直流電壓
壓敏電阻( 或瞬變電壓抑制晶體管 )的作用是將輸入電源中瞬間的脈沖高壓電壓對地泄放掉﹐從而?;ED不被瞬間高壓擊穿。
LED串聯的數量視其正向導通電壓( Vf )而定﹐在220V AC電路中﹐最多可以達到80個左右。

  組件選擇﹕電容的耐壓一般要求大于輸入電源電壓的峰值﹐在220V,50Hz的交流電路中時﹐可以選擇耐壓為400伏以上的滌綸電容或紙介質電容。

  D1~D4 可以選擇IN4007。濾波電容C2﹑C3的耐壓根據負載電壓而定﹐一般為負載電壓的1.2倍。其電容容量視負載電流的大小而定。

  下列電路圖為其它形式的電容降壓驅動電路﹐供設計時參考﹕




圖二

  在圖二電路中﹐可控硅SCR及R3組成?;さ緶琺o當流過LED的電流大于設定值時﹐SCR導通一定的角度﹐從而對電路電流進行分流﹐使LED工作于恒流狀態﹐從而避免LED因瞬間高壓而損壞。




圖三

  在圖三電路中﹐C1﹑R1﹑壓敏電阻﹑L1﹑R2組成電源初級濾波電路﹐能將輸入瞬間高壓濾除﹐C2﹑R2組成降壓電路﹐C3﹑C4﹑L2﹑及壓敏電阻組成整流后的濾波電路。此電路采用雙重濾波電路﹐能有效地?;ED不被瞬間高壓擊穿損壞。


  圖四是一個最簡單的電容降壓應用電路﹐電路中利用兩只反并聯的LED對降壓后的交流電壓進行整流﹐可以廣泛應用于夜光燈﹑按鈕指示燈﹐要求不高的位置指示燈等場合。


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