單火線供電電路

單火線供電電路

大概在10年前，有一個(gè)客戶設(shè)計(jì)了一款采用單火線供電的調(diào)光電路。

該電路通過阻容降壓、3.3V的LDO穩(wěn)壓之后提供3.3V的電源給處理器。

電路采用可控硅調(diào)節(jié)施加于燈具兩端的電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)光。

當(dāng)燈具處于熄滅狀態(tài)時(shí)，此時(shí)可控硅未導(dǎo)通，零火線間的電壓通過燈泡的冷態(tài)電阻與阻容降壓電路形成回路。

分壓后的電壓經(jīng)過橋式整流為直流再經(jīng)過LDO給控制電路供電。

在燈具處于點(diǎn)亮狀態(tài)時(shí)，可控硅并未全導(dǎo)通，在可控硅未導(dǎo)通時(shí)，零火線間的電壓給控制電路供電。

并向儲(chǔ)能電容C2充電，在可控硅導(dǎo)通期間，由儲(chǔ)能電容C2向控制電路供電；

值得注意的是，在燈具處于熄滅狀態(tài)時(shí)，流經(jīng)燈具的電流仍高達(dá)十幾mA，因此該簡易電路僅適用于白熾燈。

而LED等燈具由于電能轉(zhuǎn)為光的效率高，沒有額外的熱能損耗，十幾mA的關(guān)態(tài)電流完全可以將其誤點(diǎn)亮，因此不能通過該調(diào)光電路控制；

電路參數(shù)計(jì)算

對(duì)于交流50Hz的電壓，電容C1的阻抗為|Z|=1/(2πfC1)=1/(23.1416500.33e-6)=9645Ω。

而白熾燈的電阻和負(fù)載電阻相對(duì)于C1的阻抗都比較小，

當(dāng)燈未被打開時(shí)，流經(jīng)整個(gè)回路的電流大約為：220/9645=23mA。

控制電路工作電流大概在10幾mA，可以滿足要求；

限制電阻R2的功率=23mA23mA100Ω=52.9mW，選擇100Ω/1W的電阻，完全滿足功耗要求；

對(duì)于穩(wěn)壓二極管D2，即使控制電路不消耗電流，所有23mA流經(jīng)穩(wěn)壓二極管，其最大功耗為23mA*12V=276mW。

所選擇的穩(wěn)壓二極管功耗為1W，也完全滿足要求。

一切看上去非常美好。但是，萬萬沒有想到。

燈泡不調(diào)光時(shí)，限流電阻R2不發(fā)熱，當(dāng)燈泡通過可控硅調(diào)光時(shí)，R2很燙。

客戶完全不清楚問題出在哪里？

原因分析

當(dāng)用可控硅調(diào)壓時(shí)，加在阻容降壓電路兩端的電壓為非正弦波，高頻成分的分量大且復(fù)雜。

根據(jù)電容的阻抗Z=1/(C2pifj)，得到頻率越高，阻抗越低。

所以，用于阻容降壓的電容C1對(duì)這些高頻成分的阻抗很低。

導(dǎo)致流過與之串聯(lián)的電阻R2的電流很大，所以很燙。

從頻率域分析，沒有調(diào)壓時(shí)，頻率為單一成份50Hz，則流過R2的電流真有效值為：

50Hz市電流過R2的電流

用可控硅調(diào)壓后，可控硅的導(dǎo)通角假設(shè)為180°-α，則波形為：

采用可控硅調(diào)壓之后的電壓波形

利用傅里葉級(jí)數(shù)展開，各諧波系數(shù)為：

諧波系數(shù)

以120°的導(dǎo)通角為例，電壓的前幾次諧波分量的幅度為：

導(dǎo)通角為120°的諧波分量幅度

電阻R2上消耗的功率為所有諧波所產(chǎn)生功率之和，

公式如下：

諧波產(chǎn)生的功率

根據(jù)該公式，可以算出前十次諧波所產(chǎn)生的功率為：78mW。

遠(yuǎn)大于單一50Hz的市電在R2上所產(chǎn)生的功率；

可見，阻容降壓設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮高次諧波的影響。

在單火線供電并通過可控硅調(diào)光的電路中，采用阻容降壓電路是不合適的；

本文來源物聯(lián)網(wǎng)全棧開發(fā)

審核編輯：湯梓紅