阻容降壓器件參數(shù)計(jì)算

阻容降壓原理

阻容降壓是利用電容在交流信號中所具有的阻抗對交流信號進(jìn)行分壓，降低輸入到負(fù)載的電壓的一種技術(shù)。

通常用于小功率的負(fù)載供電，比如電表、溫控器、LED燈等。

不需要使用變壓器，只需要幾個(gè)電阻、電容，對市電進(jìn)行分壓，再接到穩(wěn)壓器件（如三端穩(wěn)壓器、穩(wěn)壓二極管等），可以給負(fù)載提供小體積、低成本的穩(wěn)壓電源。

在頻率域，電容的阻抗Ｚ與頻率的關(guān)系為：

電容阻抗計(jì)算

式中，j為虛數(shù)、ω為角頻率，ω=2*π*f（f為信號頻率），C為電容的容值。

電容的容值越小，阻抗越大。

對于50Hz的市電，當(dāng)電容容值為1uF時(shí)，電容的阻抗：

1uF電容對于50Hz信號的阻抗

值得注意的是，如果3183Ω的電阻接到220V的市電，消耗的功率為：

P=220*220/3183=15W，這是非常大的功率，會產(chǎn)生巨大的熱量。

但是對于電容，其產(chǎn)生的功耗為虛功，是被電容存儲轉(zhuǎn)移的能量。

并不會發(fā)熱，不會造成能量的損耗。

當(dāng)電容與負(fù)載串聯(lián)時(shí)，如下圖，假設(shè)負(fù)載的等效電阻為RL。

與負(fù)載串連的等效電路

此時(shí)，負(fù)載電阻RL得到的分壓為：

公式1. 負(fù)載分壓值

流經(jīng)整個(gè)回路的電流為：

公式2. 回路電流

交流市電經(jīng)過降壓之后，再經(jīng)過橋式整流轉(zhuǎn)成直流，由穩(wěn)壓二極管或者穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，給負(fù)載提供工作電源；

阻容降壓器件參數(shù)計(jì)算

阻容降壓典型電路

C1為降壓電容，需為無極性電容，耐壓一般取630V。

R1為泄放電阻，用于斷電時(shí)，電容C1所儲存的電荷的泄放，可以選擇1MΩ的電阻。

D1、D2、D3、D4構(gòu)成橋式整流電路，將交流電源整成直流。

R3為穩(wěn)壓二極管ZD1的限流電阻；

ZD1為穩(wěn)壓二極管，用于給負(fù)載提供恒定的電壓。

RL為負(fù)載的等效電阻。

根據(jù)負(fù)載工作電壓，負(fù)載電流大小確定電容C1的容值。

負(fù)載電流包括由穩(wěn)壓電源供電的所有器件，包括單片機(jī)及其外圍電路，還包括穩(wěn)壓二極ZD1的工作電流，為了使得ZD1能可靠得穩(wěn)壓，流經(jīng)ZD1的電流至少需要達(dá)到1mA。

假設(shè)單片機(jī)及外圍電路電路的工作電流為15mA，加上流經(jīng)穩(wěn)壓二極管的電流1mA，則負(fù)載電流為16mA。

這里的16mA是指直流平均值，對應(yīng)交流的真有效值需要乘以波形系數(shù)1.11，所以真有效值為17.6mA。

如果負(fù)載工作電壓為5V直流，由C1分壓之后得到的交流真有效值需要達(dá)到8V以上。

負(fù)載的等效電阻為500歐。

由公式2，可以解得電容C1的容值為0.25uF，可選擇0.3uF的電容。

此時(shí)，電容C1的阻抗為10.6kΩ。

此時(shí)，電阻R2兩端的壓降為：8/1.11-5=2.27V。

電阻R2的取值為2.27V/16mA=141Ω，可以選擇100Ω的電阻。