云南开放大学报名时间:电容降压式LED灯电路

在常用的低压电源中，用电容器降压（实际是电容限流）与用变压器相比，电容降压的电源体积小、经济、可靠、效率高，缺点是不如变压器变压的电源安全。通过电容器把交流电引入负载中，对地有220V电压，人易触电，但若用在不需人体接触的电路内部电路电源中，本弱点也可克服。如冰箱电子温控器或遥控电源的开/关等电源都是用电容器降压而制作的。
相对于电阻降压，对于频率较低的50Hz交流电而言，在电容器上产生的热能损耗很小，所以电容器降压更优于电阻降压。
电容降压的工作原理并不复杂。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有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。
其基本原理就是利电容的交流阻抗，在电路中起到限流的作用。理想电容的阻抗为存虚的阻抗，因此并不消耗功率。在输入电源电压和频率确定的情况下，电容越大，允许的电流越大。
实际应用中一般都在输出端设有稳压管，并在电容两端并联有一个较大的放电电容。

电容降压式电源
将交流市电转换为低压直流的常规方法是采用变压器降压后再整流滤波，当受体积和成本等因素的限制时，最简单实用的方法就是采用电容降压式电源。
一、电路原理

电容降压式简易电源的基本电路如图1，C1为降压电容器，D2为半波整流二极管，D1在市电的负半周时给C1提供放电回路，D3是稳压二极管，R1为关断电源后C1的电荷泄放电阻。在实际应用时常常采用的是图2的所示的电路。当需要向负载提供较大的电流时，可采用图3所示的桥式整流电路。

整流后未经稳压的直流电压一般会高于30伏，并且会随负载电流的变化发生很大的波动，这是因为此类电源内阻很大的缘故所致，故不适合大电流供电的应用场合。

二、器件选择

1.电路设计时，应先测定负载电流的准确值，然后参考示例来选择降压电容器的容量。因为通过降压电容C1向负载提供的电流Io，实际上是流过C1的充放电电流Ic。C1容量越大，容抗Xc越小，则流经C1的充、放电电流越大。当负载电流Io小于C1的充放电电流时，多余的电流就会流过稳压管，若稳压管的最大允许电流Idmax小于Ic-Io时易造成稳压管烧毁。

2.为保证C1可靠工作，其耐压选择应大于两倍的电源电压。

3.泄放电阻R1的选择必须保证在要求的时间内泄放掉C1上的电荷。

三、设计举例

图2中，已知C1为0.33μF，交流输入为220V/50Hz，求电路能供给负载的最大电流。

C1在电路中的容抗Xc为：

Xc=1 /（2 πf C）= 1/（2*3.14*50*0.33*10-6）= 9.65K

流过电容器C1的充电电流（Ic）为：

Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA。

通常降压电容C1的容量C与负载电流Io的关系可近似认为：C=14.5 I，其中C的容量单位是μF，Io的单位是A。

电容降压式电源是一种非隔离电源，在应用上要特别注意隔离，防止触电

电容降压电源原理和计算公式

    这一类的电路通常用于低成本取得非隔离的小电流电源。它的输出电压通常可在几伏到三几十伏，取决于所使用的齐纳稳压管。所能提供的电流大小正比于限流电容容量。采用半波整流时，每微法电容可得到电流（平均值）为：（国际标准单位）
    I(AV)=0.44*V/Zc=0.44*220*2*Pi*f*C
        =0.44*220*2*3.14*50*C=30000C
        =30000*0.000001=0.03A=30mA
如果采用全波整流可得到双倍的电流（平均值）为：
    I(AV)=0.89*V/Zc=0.89*220*2*Pi*f*C
        =0.89*220*2*3.14*50*C=60000C
        =60000*0.000001=0.06A=60mA
一般地，此类电路全波整流虽电流稍大，但是因为浮地，稳定性和安全性要比半波整流型更差，所以用的更少。
    使用这种电路时，需要注意以下事项：
    1、未和220V交流高压隔离，请注意安全，严防触电！
    2、限流电容须接于火线，耐压要足够大（大于400V），并加串防浪涌冲击兼保险电阻和并放电电阻。
    3、注意齐纳管功耗，严禁齐纳管断开运行。

采用电容降压电路是一种常见的小电流电源电路﹐由于其具有体积小﹑成本低﹑电流相对恒定等优点﹐也常应用于LED的驱动电路中。

图一为一个实际的采用电容降压的LED驱动电路﹕请注意﹐大部分应用电路中没有连接压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管﹐建议连接上﹐因压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管能在电压突变瞬间( 如雷电﹑大用电设备起动等 )有效地将突变电流泄放﹐从而保护二级关和其它晶体管﹐它们的响应时间一般在微毫秒级 。

电路工作原理﹕

电容C1的作用为降压和限流﹕大家都知道﹐电容的特性是通交流﹑隔直流﹐当电容连接于交流电路中时﹐其容抗计算公式为﹕

                       XC = 1/2πf C

式中﹐XC 表示电容的容抗﹑f 表示输入交流电源的频率﹑C 表示降压电容的容量。

流过电容降压电路的电流计算公式为﹕

                       I = U/XC

式中   I   表示流过电容的电流﹑U 表示电源电压﹑XC   表示电容的容抗

在220V﹑50Hz的交流电路中﹐当负载电压远远小于220V时﹐电流与电容的关系式为﹕

                     I = 69C   其中电容的单位为uF﹐电流的单位为mA

下表为在220V﹑50Hz的交流电路中﹐理论电流与实际测量电流的比较


电阻R1为泄放电阻﹐其作用为﹕当正弦波在最大峰值时刻被切断时﹐电容C1上的残存电荷无法释放﹐会长久存在﹐在维修时如果人体接触到C1的金属部分﹐有强烈的触电可能﹐而电阻R1的存在﹐能将残存的电荷泄放掉﹐从而保证人﹑机安全。泄放电阻的阻值与电容的大小有关﹐一般电容的容量越大﹐残存的电荷就越多﹐泄放电阻就阻值就要选小些。经验数据如下表﹐供设计时参考﹕

D1 ~ D4的作用是整流﹐其作用是将交流电整流为脉动直流电压。

C2﹑C3的作用为滤波﹐其作用是将整流后的脉动直流电压滤波成平稳直流电压

压敏电阻( 或瞬变电压抑制晶体管 )的作用是将输入电源中瞬间的脉冲高压电压对地泄放掉﹐从而保护LED不被瞬间高压击穿。

LED串联的数量视其正向导通电压( Vf )而定﹐在220V AC电路中﹐最多可以达到80个左右。

组件选择﹕电容的耐压一般要求大于输入电源电压的峰值﹐在220V,50Hz的交流电路中时﹐可以选择耐压为400伏以上的涤纶电容或纸介质电容。

D1 ~D4 可以选择IN4007。

滤波电容C2﹑C3的耐压根据负载电压而定﹐一般为负载电压的1.2倍。其电容容量视负载电流的大小而定。

下列电路图为其它形式的电容降压驱动电路﹐供设计时参考﹕


在图 二 电路中﹐可控硅SCR及R3组成保护电路﹐当流过LED的电流大于设定值时﹐SCR导通一定的角度﹐从而对电路电流进行分流﹐使LED工作于恒流状态﹐从而避免LED因瞬间高压而损坏。

在图三电路中﹐C1﹑R1﹑压敏电阻﹑L1﹑R2组成电源初级滤波电路﹐能将输入瞬间高压滤除﹐C2﹑R2组成降压电路﹐C3﹑C4﹑L2﹑及压敏电阻组成整流后的滤波电路。此电路采用双重滤波电路﹐能有效地保护LED不被瞬间高压击穿损坏。

图四 是一个最简单的电容降压应用电路﹐电路中利用两只反并联的LED对降压后的交流电压进行整流﹐可以广泛应用于夜光灯﹑按钮指示灯﹐要求不高的位置指示灯等场合。