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电路中,在储能元件(如电容器、电感器、工作于开关状态的MOS管等)两端并联一只电阻器(对于电感器可并联一只二极管),给储能元件提供一个消耗能量的通路,使电路安全,这个电阻叫泄放电阻。
1.泄放电阻基本电路
泄放电阻电路的基本形态是一只电容器两端并联一只阻值比较大(通常为数百千欧)的电阻器,如图2-120所示,电路中的电阻R1就是泄放电阻。
图2-120泄放电阻基本电路
当电路通电后正常工作时,泄放电阻基本不起作用,它只在电路断电后的很短时间起快速泄放电容C1中残留电荷的作用,这是泄放电阻的工作特点。
图2-121所示是电阻R1构成C1放电回路示意图。泄放电阻R1的工作原理是:在电路断电后,电容C1内部由于各种原因还存留有电荷,这样电容C1两端就存在电压,这一残留电压有可能造成多种危害,或是对电路安全工作造成某种危害而损坏电路元器件,或是对人身构成电击危险。有了泄放电阻R1后,电路断电后迅速将C1内部的残留电荷通过电阻R1构成的回路被放掉。
图2-121电阻R1构成C1放电回路示意图
2.电容降压电路中泄放电阻电路
图2-122所示是电容降压电路中泄放电阻电路,这是一个电容降压桥式整流电路。电路中,R1是限流电阻,R2是电容C1的泄放电阻,C1是降压电容,VD1~VD4是桥式整流二极管,RL是整流电路的负载电阻。
图2-122电容降压电路中泄放电阻电路
在电路通电时,由于R2的阻值远大于降压电容C2的容抗(为50Hz交流电容抗),所以R2相当于开路,在电路中不起作用。
在电路断电后,C2中的残留电荷通过R2所构成的回路放掉,达到泄放C2残留电荷的目的。
3.电路设计中的泄放电阻大小要求
泄放电阻的大小决定了RC电路放电时间常数和电源的消耗。泄放电阻小,放电时间常数小,放电迅速,泄放效果好,但是对电源的消耗大,反之则相反。所以,泄放电阻回路的时间常数要根据具体要求来决定。
有的电路根据放电时间常数大小来决定泄放电阻的阻值,例如开关电源中的泄放电阻电路,要求在拔掉电源插头后2s内放电完毕,以保证人身安全,这时根据公式τ=RC来决定R,即R=τ/C,C的单位是μF(微法),R的单位是MΩ(兆欧),时间常数τ的单位就是s。
有的电路是根据流过泄放电阻电流的大小来决定泄放电阻的阻值,泄放电阻上流过的电流一般不大于5mA,很多在2mA以下。流过泄放电阻的电流大,对电源的损耗大,对电容的电荷泄放就快,反之则相反。例如,有一个直流工作电压为350V的电路,泄放电阻使用270kΩ电阻,流过该泄放电阻的电流为1.3mA。
4.滤波电容两端的泄放电阻电路
图2-123所示是电子管放大器电源滤波电容两端的泄放电阻电路。电路中C1是电子管放大器电源滤波电容,整流电路输出的直流工作电压达300V以上,R1是电容C1的泄放电阻。
图2-123电子管放大器电源滤波电容两端的泄放电阻电路
电路在通电状态时,R1不起作用,只是消耗一部分电能。在电路断电后,电容C1存储的电荷通过电阻R1回路放电,迅速放掉C1内部的电荷,使整机电路不带电,以方便电路的检修和调试。
如果没有电路中的泄放电阻R1,在断电后的较长一段时间内电容C1内部存储有电荷,如果这时进行电路的检修或调试,将会被电击。
这一电路中的泄放电阻还有一个作用,即能够提高整流滤波电路直流输出电压的稳定性。整流滤波电路输出端的电压会随着负载的大小变化而变化,加入泄放电阻就可以使其变化量减小。
假设整流滤波电路输出的直流电压升高,使负载两端的直流电压升高,这时泄放电阻R1两端的电压升高,流过R1的电流增大,使整机电流增大,导致在电源内阻上的压降增大,这样使整流滤波电路输出端的直流电压下降,反之则相反。
显然加入了泄放电阻R1,对稳定直流输出电压有一定的益处,但是当需要稳定的直流工作电压时,仅是利用泄放电阻来稳定输出电压是远远不够的。
5.电源电路中X电容的泄放电阻电路
图2-124所示是电源电路中X电容的泄放电阻电路。电路中的C1是X电容器,用来抑制高频差模干扰成分;R1则是泄放电阻;F1是熔丝;L1和L2是差模电感,用来抑制高频差模干扰成分。
图2-124电源电路中X电容的泄放电阻电路
电路中,在电路断电后,C1中残留的电荷通过电阻R1放电,以保证拔掉电源插头的1~2s后不带电。
6.MOS开关管栅极泄放电阻电路
图2-125所示是MOS开关管栅极泄放电阻电路。电路中的R2为泄放电阻,它接在MOS开关管VT3的栅极与源极之间。
图2-开关管栅极泄放电阻电路
电路中的MOS管VT3工作在开关状态下,VT1和VT2管轮流导通,使得MOS管VT3的栅极等效电容处于充电、放电的交替状态。如果电路断电时正好是MOS管VT3栅极等效电容为充满电状态,由于电路已断电,这样VT1和VT2管截止,VT3管栅极等效电容所充电荷没有放电回路,使VT3管栅极电场仍然能够保持较长时间(因为MOS管输入阻抗相当大),如果这时再次开机通电,由于VT1和VT2管正常的激励信号还没有建立起来,而MOS管VT3漏极工作电压却迅速得到,这样会使VT3管产生巨大的不受控制的漏极电流,会烧坏MOS管VT3。
在MOS管VT3栅极与源极之间接入一只泄放电阻R2之后,VT3管栅极等效电容内部存储的电荷通过R2回路迅速放电,避免了上述现象的出现,达到了防止烧坏MOS管VT3的目的。
泄放电阻R2通常取5kΩ至几十千欧,如果阻值太大很难起到迅速泄放MOS管栅极等效电容中电荷的作用。
MOS管这种泄放电阻电路只运用于开关电路中,当MOS管线性运用时不必设置这种泄放电阻电路。