單火線供電電路

單火線供電電路

大概在10年前，有一個客戶設計了一款采用單火線供電的調光電路。

該電路通過阻容降壓、3.3V的LDO穩壓之后提供3.3V的電源給處理器。

電路采用可控硅調節施加于燈具兩端的電壓，實現調光。

當燈具處于熄滅狀態時，此時可控硅未導通，零火線間的電壓通過燈泡的冷態電阻與阻容降壓電路形成回路。

分壓后的電壓經過橋式整流為直流再經過LDO給控制電路供電。

在燈具處于點亮狀態時，可控硅并未全導通，在可控硅未導通時，零火線間的電壓給控制電路供電。

并向儲能電容C2充電，在可控硅導通期間，由儲能電容C2向控制電路供電；

值得注意的是，在燈具處于熄滅狀態時，流經燈具的電流仍高達十幾mA，因此該簡易電路僅適用于白熾燈。

而LED等燈具由于電能轉為光的效率高，沒有額外的熱能損耗，十幾mA的關態電流完全可以將其誤點亮，因此不能通過該調光電路控制；

電路參數計算

對于交流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載電阻相對于C1的阻抗都比較小，

當燈未被打開時，流經整個回路的電流大約為：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；

對于穩壓二極管D2，即使控制電路不消耗電流，所有23mA流經穩壓二極管，其最大功耗為23mA*12V=276mW。

所選擇的穩壓二極管功耗為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。

燈泡不調光時，限流電阻R2不發熱，當燈泡通過可控硅調光時，R2很燙。

客戶完全不清楚問題出在哪里？

原因分析

當用可控硅調壓時，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雜。

根據電容的阻抗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對這些高頻成分的阻抗很低。

導致流過與之串聯的電阻R2的電流很大，所以很燙。

從頻率域分析，沒有調壓時，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

用可控硅調壓后，可控硅的導通角假設為180°-α，則波形為：

采用可控硅調壓之后的電壓波形

利用傅里葉級數展開，各諧波系數為：

諧波系數

以120°的導通角為例，電壓的前幾次諧波分量的幅度為：

導通角為120°的諧波分量幅度

電阻R2上消耗的功率為所有諧波所產生功率之和，

公式如下：

諧波產生的功率

根據該公式，可以算出前十次諧波所產生的功率為：78mW。

遠大于單一50Hz的市電在R2上所產生的功率；

可見，阻容降壓設計時應該考慮高次諧波的影響。

在單火線供電并通過可控硅調光的電路中，采用阻容降壓電路是不合適的；

本文來源物聯網全棧開發

審核編輯：湯梓紅