前文講到電容具有“隔直流通交流”的特性,在交流回路中存在着一定的阻抗,稱之為容抗。也就是說利用此特性可在交流電中用于降壓。但千萬要注意必須是無極性電容,有極性的電容隻能用于直流回路中。如以下圖1。
圖1
![](https://img.laitimes.com/img/_0nNw4CM6IyYiwiM6ICdiwiIn5GcucTM3QTOyETM1ETMwAjMwIzLc52YucWbp5GZzNmLn9Gbi1yZtl2Lc9CX6MHc0RHaiojIsJye.png)
那麼我們為什麼要用電容來降壓,它的好處又是什麼呢?先來看一個例子,比如當接入市電220V/50Hz時,負載RL需要一個最大約69mA的電流,如下圖2,可以在回路上串聯一個電阻R1來實作。
圖2
R1的阻抗需求如下:
通過以上的運算,可以看到需要串入一個3188Ω/15W的電阻。
再來看看用電容的情況,如圖1。 假設電容C1的容量為1uF,那麼C1的容抗Z計算公式如下。
C1的容抗與串入電阻R1的阻抗值接近,且由于電容不消耗電能,也就不存在功率問題。此電容既達到了限流的作用,又不消耗電能。是以電容降壓就這樣被用了起來,成本低廉,在早期的小電器中應用廣泛,用于提供小電流的電源回路中。
在實際應用中當然也不會這麼簡單,因為上述隻提供交流電壓給負載,但負載通常都需要直流,很多人第一印象就是串入二極管,如下圖3。
圖3
以上接法是否能為RL提供直流電壓呢?當然不行,因為明顯違背了電容的原理,電容在交流情況下才能通過電流,由于二極管D1的單向導電性,使電容沒有放電回路,正半波時電容充滿電,但負半波時電流無法通過,使電容C1充滿電後就達到電量平衡,再無電流流過負載,是以負載RL得不到正常的工作電流,正确的做法應該如下圖4。
圖4
如上圖4,這樣就組成了一個半波整流的降壓電路。正半波電流流過負載RL,負半波則不經過負載,而将能量直接傳回給電網。
再多加2個二極管就可以變成全波整流,讓正、負半波都經過負載RL,此時提供的電流将翻倍,如下圖5。
圖5
全波整流時,輸出電流計算公式如下:
半波整流時,輸出電流計算公式如下:
也就是說半波整流時,最大電流約為31mA,全波整流時,最大電流約為62mA。
典型案例
下面來看一個家用電風扇的典型電源電路,如下圖6。
圖6
實際應用中比理論分析時複雜了許多,以前學校上課學到的東西隻是理論。當步入社會真正做設計工程師時才知道,上學時學到的程度是多麼的膚淺。不過理論是相通的,隻是加入了實際應用時會出現的可靠性因素。比如:
- 降壓電容C1上并聯了電阻R1,為什麼要在電容上并聯電阻呢?這是由于在電風扇插頭拔掉後,如果C1上沒有并聯電阻,電容上的電能釋放不掉。當人體觸碰到插頭兩端時,就會觸電。
- 降壓電容C1串聯了電阻R2,這是由于在上電瞬間電容相當于短路,不串聯電阻會産生很大的沖擊電流。是以根據後面元件能承受最大峰值電流的情況來選擇R2的阻值。例如二極管最大能承受瞬間峰值電流是20A,那麼R2的阻值就需要大于220V/20A =11Ω,當然還要留些餘量。因為市電輸入不一定就是220V,有可能會更高,同時元器件也存在一定的差異。
電容降壓雖然簡單、易用,然而也存在固有的缺陷。那就是頻率越高,其容抗越小,若是電網中存在大量諧波成份,電路就非常容易燒壞。
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