阻容降压电路原理和应用

只看该作者 · 2022-12-20 22:09

本帖最后由 woai32lala 于 2022-12-22 17:44 编辑

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阻容降压电路原理和应用

前几天家里的LED坏了，直接换了有一个，今天把坏了的LED拆开看了下电路，如下图所示。

LED灯盘用的是铝基板，LED 产生的热量是很大的，热量不仅影响LED 的亮度，也改变了光的颜色，最终会导致LED 失效，因此，防止LED 热量的累积正变得越来越重要。铝基板的导热行很好，从而确保LED 最低的运行温度，最亮的亮度，以及最长的使用寿命。

   这个电路的组成为阻容降压+整流+滤波。橘红色的就是阻容降压用的电容，阻容降压，并不是是说用电阻和电容串联降压，而是因为电容在电路中会产生容抗（相当于电阻在电路中的阻抗），容抗用Xc表示，Xc = 1/2πfc,π就是常数3.14，f是电路中电压频率，c是电容值，单位为法拉F，U=I*Xc，有电流流过电容就产生了电压降，从公式可见，只要电流I不变，电压降U也不变（供电电压稳定）。但是该电路中，电压变化大不稳定，进而导致电流变化大，如果电流持续增大，就如LED灯，会导致过热，从而烧毁用电器。因此这种电路我们通常会加一只稳压管，当电路中电流需求变小时，电流就会流向稳压管，使流过电容的电流保持不变，从而稳定了电压，用电器安全了，因此阻容降压电阻一般要搭配稳压二极管使用。一开始学的时候搞错了，阻容降压，怎么知道电容啊，电阻在哪里。这一点大家要搞明白了，是利用了电容的容抗。
   阻容降压电路在我们家庭用电用一般用于220V 且频率为50Hz 的交流电作为输入电源。我们一般可以通过此电源方案获得 3.3V、6V、9V、12V、24V 等直流电压。这种方案简单且成本低，无需变压器，并且电容是储能元器件，几乎不会造成能量的损失，但是这种方法也有一些缺点，如负载功率的限制，安全问题等这种方法比较适合需要较小的负载电流的设备，比如LED灯。
   下面我们用实例LED来说一下阻容降压的工作原理和应用。

   可以查看上图，其中电容C2是降低电源电压的关键器件。但是具体电容降多少压由后端电路决定，只需要确定后端电路需要的电流和电压即可。红色波形为输入的220V交流电波形，蓝色波形就是经过阻容降压电容后的电容，我们可以看到电压降低了，实现了阻容降压的效果。
   电阻降压电路计算实例
   输入电压：220V、50HZ 交流电源
   输出电流：  10ma带负载能力
器件选型
   R3 – 100Ω，R3有保险丝的作用，也可以降低输入浪涌电压对后端电路的冲击。
   D1 – 桥式整流电路（整流作用）
   C1 = 47μf，滤波作用
   D2 = 33V，稳压二极管实现33V稳压输出
负载端电压由LED串联的个数决定，一个LED压降为3.45V

我们这边以8个LED灯为例，U = 8 * 3.45 = 27.6V

Multisim模拟和我们计算值几乎相等，流过LED灯的电流通过稳压管和LED端的电压差决定，这个蓝色LED灯的导通电流为5mA,那我们就设置流过LED电流为10mA。因此我们需要一个限流电阻，稳压二极管和二极管之间的压降为33 - 27.6V = 5.4V，那么需要设置10mA电流，所需要的电阻为5.4V /10mA= 540R。

通过我们仿真可以看到流过LED为9.95mA。此时我们的二极管两端的压降为多少呢？还要考虑桥式整流器的两个正向偏置二极管的压降的 1V（每个二极管 0.7 至 1.2V）,1 x 2 = 2V。那么我们需要用降压电容净电压就等于：220– 33 - 2 = 185V(不考虑限流电阻上面压降)；因为输入电压是 AC 电压，也就是 RMS 电压，那么电容两端的峰值电压就是185 X 1.414 = 262V，常规我们一般会选择耐压400V的安规电容和CBB电容。

那我们的电容容量该如何选择呢？
电容的阻抗是跟电容容量有关的，那么我们需要流过LED灯电流为10mA,那么流过整流二极管的电流至少为10mA。220V /Xc > 10mA，那么Xc < 22000 = 22000R，Xc = 1/ 2*π*f*c，则C > 0.14uF，因为有一定电流流过稳压二极管，稳压二极管才能稳住，如下图所示，ZPD33要想保持稳定的电压至少电流为2mA往上。

   因此我们电流会有一定余量，通常稳压电压越高它所允许的可持续电流越小，从上表就可以看出，ZPD33的可持续电流要小于12mA,并且不同温度下的可持续电流不同，在75摄氏度下要小于8mm,因此我们通常电容会选择0.33uF。
   电容降压电路中的大部分功率是无功功率，因此，使用电容降压器远比使用电阻降压器效率更高。电容降压电路也有许多缺点，比如该电路在交流线路和直流输出之间没有隔离，这可能会导致电击或其他电气事故。它仅对小电流的产品有用，对于有大负载输出要求的产品不可行，因为大电流需要更高的电容，这也意味着电容器的体积会更大，不便于集成。
   以上就是阻容降压电路原理和基本应用，如有错误，请大家指出。