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电容降压型直流稳压辅助电源分析

2022-09-24 02:07:16

  本文介绍一种新颖的电容降压型直流稳压电路,电路不含变压器,只由几个简单的电子元件组成。输出DC电压可在很宽的范围内任意调节,只需要改变基准电压元件。

  一、 概述

  电子工程师总是在不断追求减小设备体积,优化设计,以期最大限度地降低设备成本。其中,减小作为辅助电源的直流稳压电源电路部分的体积,往往是最难解决的问题之一。

  普通的线性直流稳压电源电路效率比较低,电源的变压器体积大,重量重,成本较高。

  开关电源电路结构较复杂,成本高,电源纹波大,RFI和EMI干扰是难以解决的。

  下文介绍的是一种新颖的电容降压型直流稳压电源电路。

  这种电路无电源变压器,结构非常简单,具体有:体积小、重量轻、成本低廉、动态响应快、稳定可靠、高效(可达90%以上)等特点。

  二、 电容降压原理

  当一个正弦交流电源U(如220V AC 50HZ)施加在电容电路上时,电容器两极板上的电荷,极板间的电场都是时间的函数。也就是说:电容器上电压电流的有效值和幅值同样遵循欧姆定律。

  即加在电容上的电压幅值一定,频率一定时,就会流过一个稳定的正弦交流电流ic。容抗越小(电容值越大),流过电容器的电流越大,在电容器上串联一个合适的负载,就能得到一个降低的电压源,可经过整流,滤波,稳压输出。

  电容在电路中只是吞吐能量,而不消耗能量,所以电容降压型电路的效率很高。

  三、 原理方框图

  

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  电路由降压电容,限流,整流滤波和稳压分流等电路组成。

  1.降压电容:相当于普通稳压电路中的降压变压器,直接接入交流电源回路中,几乎承受全部的交流电源U,应选用无极性的金属膜电容(METALLIZED POLYESTER FILM CAPACITOR)。

  2.限流电路:在合上电源的瞬间,有可能是U的正或负半周的峰_峰值,此时瞬间电流会很大,因此在回路中需串联一个限流电阻,以保证电路的安全。

  3.整流滤波:有半波整流和全波整流,与普通的直流稳压电源电路的设计要求相同。

  4.稳压分流:电压降压回路中,电流有效值I是稳定的,不受负载电流大小变化的影响,因此在稳压电路中,要有分流回路,以响应负载电流的大小变化。

  四、 设计势实例

  1.桥式全波整流稳压电路:

  

桥式全波整流稳压电路

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  规格要求:输出DC电压12V,DC电流300mA;输入电源220V AC/50HZ 市电。

  1)降压电容C1的选择:

  a. C1容值的选择:

  电容值取决于负载电流,负载电流I确定后,可得: C1≥1/2лfU

  式中交流电源U值计算时取负10%,即:

  I=300mA,U=220V*(-10%)=198V,f=50HZ,

  C1≥0.3(2*3.14156*50*198)=4.82uF)

  电容值只可取大,不可取小,本例电容C1取值5uF。

  b. 耐压值的选择:

  要考虑电源正10%的情况,如本例用市电,C1要选择250V AC的金属膜电容。

  c. 耐瞬间冲击电流的选择:

  金属膜电容的内阻是很低的,允许电容在吞吐能量时,有大的电流流过,这个电流的大小取决于电容值和它的du/dt值,此值由电容的结构,金属膜的类型,引出线的方式决定的。

  du/dt值与电容的耐压值有关,耐压越高,du/dt值越大,不同厂家产品du/dt值也有很大的差别,如耐压为250VAC电容值为5uF的金属膜电容的du/dt值一般在3-30之间选择。

  在本例中:C1=5uF,du/dt值取3,则C1耐瞬间冲击电流值为:

  I=Cdu/dt=5*3=15(A)