電容充電放電原理及電容充電放電過程

1、電容充電放電原理

電容是一種以電場形式儲存能量的無源器件。電容充放電過程的本質(zhì)是兩導電平行板獲取與釋放電子的過程。

電容充電：

當電容內(nèi)電場強度E小于電容兩端外接電源電壓U時，電容開始充電。此時電容正電極不斷失電子，負極不斷得電子，內(nèi)電場E不斷增強直到與外接電壓U相等時，充電結(jié)束。

電容放電：

當電容內(nèi)電場強度E大于電容兩端外接電源電壓U時，電容開始放電。此時電容正電極不斷得電子，負極不斷失電子，內(nèi)電場E不斷減弱直到與外接電壓U相等時，放電結(jié)束。

電容的直流充電放電過程

如上圖充電過程，求C1電壓沖到1V時間：

因為V0=0V、Vt=1V、V1=5V、R=10K、C=0.1uF，所以T= 10000*0.1*0.000001*Ln（5/4)=223uS

電容的交流充電放電過程

電容的直流充電放電是一次完成的，而交流充電放電是一個不斷重復出現(xiàn)的過程。

全波整流電路

半波整流電路

各元器件作用和選擇

F1：保險絲，起過流保護作用，選用400mA250V型號。

RV1：壓敏電阻，起浪涌保護作用，一般選用10D471K型號。

C1: 降壓電容，利用較大的容抗限制電路總電流。常用聚酯電容(CL21)、聚丙烯電容(CBB21)、安規(guī)電容(X2) ，容值依負載需求而定，此電容容量越大電路越不安全，在設(shè)計此電路時，如果220VAC供電情況下容量超過2.5uF，110VAC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。此處選用0.56uF安規(guī)電容(X2)，提供19mA電流。

R2：放電電阻，斷電后為電容C1提供放電回路，防止在快速插拔電源插頭或插頭接觸不良時C1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。一般要求斷電后C1電壓衰減到37%的時間應(yīng)小于1秒，因為T=RC*Ln[（V0-V1)/(Vt-V1）],所以T=RC，R=t/C，R

R1：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)（一階零狀態(tài)響應(yīng)），此時交流電源直接加在R1和整流管上充電電容，R1上有220VAC*1.414=311VDC瞬間直流電壓，如果上電時C1電荷未放完，此電壓可能會更高 。所以R1要選擇耐電流沖擊強和耐高壓的電阻，R1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50A，所以一般取R1電阻在10-50Ω之間。

DZ1:穩(wěn)壓二極管，選用1N4733，穩(wěn)壓電壓Vz為5.1V。DZ1的最大穩(wěn)壓電流Iz必須大于電容C1最大充放電電流。

R5：與電容E1、C2組成RC濾波充電電容，減小紋波。

D1：整流二極管，起半波整流作用，選用1N4007。

D2：整流二極管，起半波整流作用，選用1N4007。

E1：電解電容，對穩(wěn)壓后的電壓濾波，同時在電源關(guān)斷的半個周期為負載提供電能。電源下半個周期來臨前，E1必須保證為負載提供的電壓不能衰減太多，此處選用1000uF25V型號。T=RC*Ln[（V0-V1)/(Vt-V1）]=10mS，所以衰減后的電壓Vt=4.8V。

C2：貼片電容，濾波作用，選用0.1uF。

R6：放電電阻，斷電后為E1提供放電回路，一般為5~10K。

R7：等效負載。

主要元器件的圖片

一次熔斷保險絲

自恢復保險絲

壓敏電阻

金屬化聚酯膜電容器(CL21)

金屬化聚丙烯電容器(CBB21)

X2安規(guī)電容器(CBB62/MKP)

文章由啟和科技編輯