电容降压原理以及如何选用滤波电容

时间:2019-6-5 分享到:

电容降压工作原理并不复杂。他的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。例如,在50Hz的工频条件下,一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。当220V的交流电压加在电容器的两端,则流过电容的最大电流约为70mA。虽然流过电容的电流70mA,但在电容器上并不产生功耗,应为如果电容是一个理想电容,则流过电容的电流为虚部电流,它所作的功为无功功率。根据这个特点,我们如果在一个1uF的电容器上再串联一个阻性元件,则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。例如,我们将一个110V/8W的灯泡与一个1uF的电容串联,在接到220V/50Hz的交流电压上,灯泡被点亮,发出正常的亮度而不会被烧毁。因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V=72mA,它与1uF电容所产生的限流特性相吻合。同理,我们也可以将5W/65V的灯泡与1uF电容串联接到220V/50Hz的交流电上,灯泡同样会被点亮,而不会被烧毁。因为5W/65V的灯泡的工作电流也约为70mA。因此,电容降压实际上是利用容抗限流。而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。

采用电容降压时应注意以下几点:

1 根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容,而不是依据负载的电压和功率。

2 限流电容必须采用无极性电容,绝对不能采用电解电容。而且电容的耐压须在400V以上。最理想的电容为铁壳油浸电容。

3 电容降压不能用于大功率条件,因为不安全。

4 电容降压不适合动态负载条件。

5 同样,电容降压不适合容性和感性负载。


6 当需要直流工作时,尽量采用半波整流。不建议采用桥式整流。而且要满足恒定负载的条件。

 

滤波电容在开关电源中起着非常重要的作用,如何正确选择滤波电容,尤其是输出滤波电容的选择则是每个工程技术人员都十分关心的问题。
50Hz工频电路中使用的普通电解电容器,其脉动电压频率仅为100Hz,充放电时间是毫秒数量级。为获得更小的脉动系数,所需的电容量高达数十万μF,因此普通低频铝电解电容器的目标是以提高电容量为主,电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。而开关电源中的输出滤波电解电容器,其锯齿波电压频率高达数十kHz,甚至是数十MHz,这时电容量并不是其主要指标,衡量高频铝电解电容优劣的标准是“阻抗-频率”特性,要求在开关电源的工作频率内要有较低的等效阻抗,同时对于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具有良好的滤波作用。

  普通的低频电解电容器在10kHz左右便开始呈现感性,无法满足开关电源的使用要求。而开关电源专用的高频铝电解电容器有四个端子,正极铝片的两端分别引出作为电容器的正极,负极铝片的两端也分别引出作为负极。电流从四端电容的一个正端流入,经过电容内部,再从另一个正端流向负载;从负载返回的电流也从电容的一个负端流入,再从另一个负端流向电源负端。

  由于四端电容具有良好的高频特性,为减小电压的脉动分量以及抑制开关尖峰噪声提供了极为有利的手段。高频铝电解电容器还有多芯的形式,即将铝箔分成较短的若干段,用多引出片并联连接以减小容抗中的阻抗成份。并且采用低电阻率的材料作为引出端子,提高了电容器承受大电流的能力。

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