电容应用之降压篇
电子人生2018-09-03 20:10
前文讲到电容具有“隔直流通交流”的特性，在交流回路中存在着一定的阻抗，称之为容抗。也就是说利用此特性可在交流电中用于降压。但千万要注意必须是无极性电容，有极性的电容只能用于直流回路中。如以下图1。
那么我们为什么要用电容来降压，它的好处又是什么呢？先来看一个例子，比如当接入市电220V/50Hz时，负载RL需要一个最大约69mA的电流，如下图2，可以在回路上串联一个电阻R1来实现。
R1的阻抗需求如下：
通过以上的运算，可以看到需要串入一个3188Ω/15W的电阻。
再来看看用电容的情况，如图1。 假设电容C1的容量为1uF，那么C1的容抗Z计算公式如下。
C1的容抗与串入电阻R1的阻抗值接近，且由于电容不消耗电能，也就不存在功率问题。此电容既达到了限流的作用，又不消耗电能。所以电容降压就这样被用了起来，成本低廉，在早期的小电器中应用广泛，用于提供小电流的电源回路中。
在实际应用中当然也不会这么简单，因为上述只提供交流电压给负载，但负载通常都需要直流，很多人第一印象就是串入二极管，如下图3。
以上接法是否能为RL提供直流电压呢？当然不行，因为明显违背了电容的原理，电容在交流情况下才能通过电流，由于二极管D1的单向导电性，使电容没有放电回路，正半波时电容充满电，但负半波时电流无法通过，使电容C1充满电后就达到电量平衡，再无电流流过负载，所以负载RL得不到正常的工作电流，正确的做法应该如下图4。
如上图4，这样就组成了一个半波整流的降压电路。正半波电流流过负载RL，负半波则不经过负载，而将能量直接返回给电网。
再多加2个二极管就可以变成全波整流，让正、负半波都经过负载RL，此时提供的电流将翻倍，如下图5。
全波整流时，输出电流计算公式如下：
半波整流时，输出电流计算公式如下：
也就是说半波整流时，最大电流约为31mA，全波整流时，最大电流约为62mA。
典型案例
下面来看一个家用电风扇的典型电源电路，如下图6。
实际应用中比理论分析时复杂了许多，以前学校上课学到的东西只是理论。当步入社会真正做设计工程师时才知道，上学时学到的程度是多么的肤浅。不过理论是相通的，只是加入了实际应用时会出现的可靠性因素。比如：
1. 降压电容C1上并联了电阻R1，为什么要在电容上并联电阻呢？这是由于在电风扇插头拔掉后，如果C1上没有并联电阻，电容上的电能释放不掉。当人体触碰到插头两端时，就会触电。
2. 降压电容C1串联了电阻R2，这是由于在上电瞬间电容相当于短路，不串联电阻会产生很大的冲击电流。所以根据后面元件能承受最大峰值电流的情况来选择R2的阻值。例如二极管最大能承受瞬间峰值电流是20A，那么R2的阻值就需要大于220V/20A =11Ω，当然还要留些余量。因为市电输入不一定就是220V，有可能会更高，同时元器件也存在一定的差异。
电容降压虽然简单、易用，然而也存在固有的缺陷。那就是频率越高，其容抗越小，若是电网中存在大量谐波成份，电路就非常容易烧坏。
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