电容应用之降压案例篇

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很多人说我的文章像讲哲学一样，会用一些人生事理来诠释技术问题。不管怎样你能听懂就好，听不懂，再好的教授上课也是空谈。其实漫漫人生的学习路是正向逻辑，先学习原理再来设计，这是在不懂原理情况下的逻辑。学习完后、原理也懂了，当然最关键的是应用。有应用的需求才会产生设计，这叫反向逻辑。当你学成踏入社会正式为社会做贡献的时候，就应该采用反向逻辑，做一些有需求的研究与设计。任何一个产品都需要电源，只要存在电路也就存在着电源的设计，有人说电容降压不可靠。当然每一种设计或多或少会有一些缺陷，这是不可避免的。你得到了什么就会失去一些东西，这是一个矛盾体，重点在于取舍。就像安规标准一样，再怎么做一些避免被电击的措施，都存在着安全隐患。解决电器安规问题最安全的措施就是产品不通电。在小家电产品中，通常控制电路简单，电源的需求也简单。比如电风扇，电源只需要一个5V驱动可控硅换档，电流40mA足矣，做些简单的逻辑控制即可。过去比较贫穷，为了让劳动者手里的钱更值钱，那就是产品价格要低。说着说着不小心道出了格兰仕创始人德叔的名言：“我们虽然没有能力使人们富裕起来，但会竭尽全力使广大消费者辛勤的劳动成果更富有价值。”能满足客户需求又价格优惠的产品更具有市场竞争力。接下来看看这个电风扇电源系统的设计，如下图1所示。图1一切都够简单、粗暴。由于应用中要驱动可控硅，所以需要共地、接半波整流，电路的地线与零线是无阻碍相通的。若是能用全波整流，降压电容C1容量减半就行了，为了驱动可控硅才这样设计的。这里我只画了一个可控硅Q1的控制，当然若是有多个，相同原理并联即可，驱动端用独立的端口输出而已。为了直观，电源输出用-5V来表示，MCU的GND接-5V，VCC接地，原理是一样的。大家别以为MCU接-5V会损坏，实际MCU得到的还是+5V电源，只是参考点不同。需要注意的是控制输出OUT1逻辑也是相反的，即MCU的端口OUT1程序设置输出‘1’时，可控硅Q1截止；OUT1输出‘0’时，可控硅Q1导通，以此实现负载的控制。这种方案当然是简单、成本低，在以前很多小家电产品上都有运用。当人们看到这种电路的成本优势后，就又提出了更高的要求。比如电饭煲的设计，电饭煲以前都是使用传统的变压器来做降压电源，因为里面有5V供电，也有12V供电。5V负责芯片供电，12V提供给继电器控制主发热盘，且还需要驱动可控硅控制上盖发热丝。能否用电容降压来实现呢，答案是肯定的，只要有需求，工程师就有办法，方案电路如下图2所示。图2这个电路相比图1的方案复杂了许多，主要在于12V的电源设计。由于输出驱动继电器，电流较大，用半波整流将会使降压电容变得很大。那成本又上去了，所以需要另想办法。设计的思路就是：分时供电。无线通信里有分时通信机制，即TDMA，为了让每部手机共同使用，于是给每部手机分配一个时间段，进行循环分时传输，只是循环的时间非常快，大家感受不到而已。供电也一样，因为电路有大容量滤波电容，在你不提供电能的时候，电容负责补给。为实现此方案，将5V和12V的电流分开，正半波给12V提供电能，负半波给5V提供电能，进行循环供电，这样就在不增加降压电容容量的情况下，做到物尽其用。简单的逻辑控制我就不再赘述了，同样MCU的OUT1和OUT2输出高/低电平就实现了负载的控制。当然，电容降压电路千变万化，不同的设计师会有不同的理念，从而设计出不同的电路，这里只提供一些方案思路。但在运用中一定要注意电容的特性，比如以下图3所示。图3此方案也是电饭煲上运用的电路，也能实现电源功能，但是犯了一个基本的错误。这款产品量产了多年，出现了很多故障机，在售后拿回来多次也分析不出一个所以然。最后不得不转给我，分析三极管Q为什么老是坏？我一看就呵呵了，方案本身问题，无法解决。原因很简单，Q的C、E极并联了大容量滤波电容EC，你又不得不并吧，所以说无法解决，其等效原理图如下图4。什么意思呢？三极管在关闭时，电容上充满了12V电能，当三极管导通的瞬间，直接将电容短路，这是什么概念？电容突然短路产生巨大的电流流过三极管，三极管不坏才怪。这种设计显然违背了基本的原理，不知道设计师怎么会犯这种错误，还能量产？可想而知其基础知识是多么的薄弱。讲这个案例的目的在于设计不是闹着玩的，得严谨，当然技术绝对来自于孜孜不倦的追求，不能虚假，世上哪种职业越老越吃香？那就是老司机。

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