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阻容降壓電路設(shè)計要點

 共同成長888 2014-05-20

因受到成本的制約,具有成本優(yōu)勢的阻容降壓在現(xiàn)在的電控風扇和其它小家電中應用非常廣泛,現(xiàn)就目前最常用的半波整流電路對其進行詳細的分析;

此圖是一個220VAC/50Hz供電輸出5.1VDC <30mA的阻容降壓原理圖,交流電源從ACL和ACN端輸入,其中FUSE(F2A250V保險管)為過流保護,VAR(10D511K壓敏電阻)為浪涌保護,C1(MKP-X2 0.1uF/275VAC安規(guī)電容)為交流濾波電容,因這三個器件和線路板(或稱PCB)直接關(guān)系到控制器的安全與電磁兼容性,所以它們必須通過銷售國的安全認證,如在中國銷售的必須通過CCC認證,其它如美國的UL認證、歐洲的TUV或VDE認證、日本的JET認證等。

電路中C2是降壓電容;常用CL21聚脂或CBB21聚丙烯(價格高,性能好),其容抗 Rc=1/2ΠFC2,其中Π≈3.14,F(xiàn)=電網(wǎng)頻率(50Hz),C2為電容容量,單位是F(法拉),所以此圖中C2的容抗Rc≈3.184KΩ,在220VAC輸入半波整流條件下最大能輸出34.54mA電流,但在實際使用當中,電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)頻率都有波動,所以我們在設(shè)計此電容大小時必須考慮到最壞的情況下使用不會出現(xiàn)異常和損壞,還要求在設(shè)計時余量不能預留過大以降低整機功耗,同時此電容容量越大電路越不安全,我們在設(shè)計此電路時,如果220VAC供電情況下容量超過2.5uF,120VAC供電情況下容量超過4uF就因該放棄阻容降壓考慮其它電路。

電路中R1是為C2放電的電阻;防止在快速插拔電源插頭或插頭接觸不良時C2電容上的殘余電壓和電網(wǎng)電壓疊加對后續(xù)器件形成高壓沖擊和防止拔出電源插頭后接觸到人體對人員產(chǎn)生傷害,所以此RC時間常數(shù)在理想狀態(tài)下≤T(T=1/F,F(xiàn)=50Hz),但在實際使用當中R1不能取太小,否則R1功耗太大,一般我們?nèi)C時間常數(shù)≤300mS,另外還要注意此電阻的耐壓,我們常用的0.25W碳膜電阻耐壓是500V,0.5W碳膜電阻耐壓是700V,具體可以參考電阻廠家的性能手冊。

電路中R2、R3為限流電阻;此電阻主要是防止首次上電和在快速插拔電源插頭或插頭接觸不良時所產(chǎn)生的高壓沖擊對整流二極管的損壞,電容C2在首次上電如果剛好碰在波峰處,因C2在通電瞬間呈短路狀態(tài),此時交流電源直接加在R2、R3和整流管上,R2、R3上有220VAC×1.414=311VDC瞬間直流電壓;電容C2在快速插拔電源插頭或插頭接觸不良時,如果電容C2在第n+1波峰處斷電,在n+2波峰處通電,電容C2在n+1到n+2時間內(nèi)放掉⊿V(由C2,R1決定),此時R2、R3上有220VAC×1.414+(220VAC×1.414-⊿V) =622VDC-⊿V瞬間直流電壓,如果考慮到電網(wǎng)電壓的波動,此電壓會更高,所以R2,R3要選擇耐電流沖擊強和耐高壓的電阻,一般選用大功率氧化膜電阻或金膜電阻,R2、R3總電阻不能太小,也不能太大,電阻太小沖擊電流大,電阻太大整個電路功耗增大,整流二極管的峰值電流一般會比較大,如1N400X系列峰值電流為200A,所以一般取R2、R3總電阻=40-50Ω之間。

電路中D1、D2為整流二極管,組成半波整流回路,C3、C4組成第一級濾波,這里要注意的是C3、C4電容的耐壓值和電網(wǎng)最高電壓、電網(wǎng)最高頻率、C2、ZD1、R4有關(guān),如果此產(chǎn)品最高工作電壓是242VAC,電網(wǎng)最高頻率是53Hz,則C3,C4最高耐壓≈(242VAC×1.414)/(1/2ΠFC2)×R4+5.1≈22.2VDC,所以C3、C4選用耐壓≥25VDC的產(chǎn)品,R4、C5、C6組成第二級RC濾波同時ZD1將電壓穩(wěn)定在5.1VDC上, R4的大小決定了產(chǎn)品在低工作電壓下的紋波大小,R5是放電電阻,R5的作用首先是在快速插拔電源插頭或插頭接觸不良時在斷電瞬間對濾波電容放電,以使通電瞬間時的沖擊電流從電容上耦合過去,防止沖擊電流加到穩(wěn)壓二極管上造成穩(wěn)壓二極管損壞,同時從這點考慮,在處理PCB布線時必須將穩(wěn)壓二極管放在濾波電容C5、C6后面,防止PCB銅箔上的寄生電感和銅箔電阻對濾波的影響。

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