电容降压设计(市电220V 50Hz)

百科   2025-01-05 19:07   广东  

将市电(220V 50Hz)一般须降压后才可后级电路提供合适的电压。降压的方式有三种:线性变压器降压(比较庞大)、高频变压器降压(PWM驱动的开关变压器,比较小巧)、电容降压。其中使用电容降压方案的产品体积最小,成本最低,但安全性及效率不高,适用于安全要求不严格地讲究经济实用的场合。

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[计算]
如图1,市电Ui=220V,供给负载RL的电压为Uo=15V,电流为Io=22mA,下面确定电容C的容值。
电容的容抗为1/(2πfC)(等效为一个电阻),这个等效电阻于负载RL对Ui=220V分压,得到一个较小的电压Uo。电容流过的电流与负载电流Io相等,于是可对电容列方程(欧姆定律):
Ui-Uo=Io/(2πfC),其中Ui=220V,f=50Hz
代入数据,整理方程,可得到:C=Io/[314(220-Uo)]
对大部分应用,通常Uo<24V,也就是说Uo<<Ui,即220-Uo≈220。故上式可进一步化简成:C=Io/(314*220),式中电容C单位为F(法拉),乘以一百万(10^6)可化为常用的uF(微法),即C=Io*10^6/(314*220)≈14.5Io(为计算方便且便于记忆,圆整为15)。
最终,计算电压降压的容值公式为:C=15Io。图1中负载电流为Io=2.2mA=0.0022,估算值C=15Io=15*0.0022=33nF,还是比较接近精算的22nF的。串联电容的耐压值>sqrt(2)*Ui=311V(市电最大值),可取标准的耐压值:400V。
[改善设计] 图1的设计虽然简单,有一个严重的缺陷:即使电路脱离市电,因为没有快速泄放回路,电容会长时间残存高电压,这会威胁使用者的人生安全。为此,须增加电容的泄放回路。最简单的方法是在电容两端并联一个阻值较大的电阻(之所以要求阻值较大,是为了防止电容被电阻旁路分流而影响电容降压效果)。一般地,这个电阻的阻值取1M(1M可满足大部分情形的设计要求,这个电阻最好100k以上)。于是,最终的电容降压电路如图2所示。

[电容选型计算] 降压电容通常使用安规电容或聚脂薄膜电容,如下图所示。

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