电容降压原理之我见

电容降压原理之我见最近见到几张用电容降压做电源的电路图，随即对这种结构简单，成本低廉，占用空间小的电路产生了兴趣。上网查了查资料，发现这算是一个比较古老的技术，但是如此运用电容，确实是很巧妙。网上关于这方面的交流也不少，但是大多是转载的，主要有两个版本，出处已经无从考证，但是很少有较为严谨的计算。笔者查阅了一些资料，在此对其原理和参数的计算作一些总结，不当之处，还请指教。基本原理电容降压主要是用在直流稳压电源电路里。直流稳压电源电路的大致结构是市电变压（降压）整流滤波稳压直流输出第一个环节，也就是变压，主要是降压，一般使用变压器来完成。但是变压器体积较大，成本也较高，如果电路简单，例如声光控制开关，那么加一个变压器就显得大材小用。这个时候用一个电容，就可以解决降压的问题，简化电路，节约成本。基本电路如图1图1半波整流市电经过C1降压后到D2，D2完成半波整流，C2对整流后的脉动直流滤波，D3稳压，输出稳定的直流电压给负载。R1是电源关闭后C1的电荷泄放电阻。D1是为了在市电的负半周给C1提供充放电通路。因为要保证C1在整个交流电周期内都是工作的。如果将C1后面的电路都看作负载的话，那么相当于C1和一个电阻串联在市电通路里，电容和电阻在交流下都是有阻抗的，串联分压，自然负载上的电压就小了。这样理解也对。但是更准确的理解应该是C1起到了限流的作用，它决定了电路中的最大电流，当负载一定的情况下，C1也就决定了负载上可以得到的电压，最终起到了降压的作用。例如图1中如果负载短路，220V交流电全部加在C1上，电路中的电流等于C1的充放电电流。/691CUIZJWCMAJ。这个电流也就是电路中的最大电流。这里取得都是有效值。当加上负载后，如果输出直流电压比较低（稳压管决定），则可以近似认为全部电压都加在电容上。由于是半波整流，所以电容C1后面的电路只能得到C1半个周期的充放电电流，也就是有效值的一半，大约345MA左右。由于负载上有电压，所以实际电流要小一点，大约30MA。当负载需要的电流不超过30MA时，电路就可以正常工作，电容也就起到了类似变压器的作用降压。对于桥式整流，C1后面的电路能得到C1整个周期的充放电电流，大约60MA。图2全波整流参数计算电容降压电路主要应用在负载电流较小，负载确定且固定的场合。因为由电容降压电路组成的稳压电源稳压能力十分有限，并且对电网有一定的影响。较为严谨的计算，主要涉及三个元件的参数降压电容，稳压二极管，泄放电阻。滤波电容用几百UF，耐压值取输出直流电压的34倍即可。整流二极管用1N4007就行。在应用稳压二极管稳压时，一般是有一个限流电阻与之一起工作，在这里降压电容已经限制了最大电流，所以可以不用限流电阻。首先根据负载所需要的电流和稳压管正常工作的反向电流，确定电路所需要的总电流。然后用电容上的电压除以总电流，得到相应的容抗。最后选择容值最接近的电容。容值小，提供不了足够的电流，容值大，稳压管分担的电流多，功耗大。选择的稳压管最大反向电流要大于总电流，这样当负载断开时，稳压管才不至于烧坏。泄放电阻，主要是为了在较短时间内释放掉电容上的电荷，这里有一个时间常数的计算，一般按下表取就可以了。降压电容UF0470681152泄放电阻1M750K510K360K220K根据负载对电流的要求和输出的直流电压，降压电容计算步骤如下，负载指的是降压电容以外的电路。根据输出电压要求，求电容压降UC045U输出的直流负载半波整流12输出的直流负载桥式整流22CVU负载根据负载要求，求出流过电容的电流ICRDII负载C负载05半波整流CI负载桥式整流求出容值1JWICUZ当输出直流电压较小时（这是电容降压电路主要的应用领域），可以近似认为全部交流的电压加在电容上。计算过程如基本原理所述，整流电路是半波整流时，1UF的电容最大可以提供约30MA的电流，整流电路是桥式整流时，1UF的电容最大可以提供约60MA的电流。有的时候电容降压用在纯交流电路中，由电容降压得到一个低于220V的交流电压。根据负载的电阻和所需电流的大小，由22/CIUZR即可推出ZC，进而推出电容的容值。注意事项（1）电容降压是一种低成本，不安全的应用，没有和220V隔离，电路应该放在一般接触不到的地方；（2）不能应用在大功率场合，不能用在负载变化或者不确定的场合；（3）降压电容一般要接在火线上（纯交流电路除外），电路的零，火线不能接反，这一点可以用三脚插头来强制，或者标注清楚；（4）降压电容必须是无极性电容，耐压值要大于400V（常用金属膜CBB）；（5）主要根据负载的电流大小和交流电频率来选择电容；（6）需要直流输出，稳压管一定要有；（7）需要直流输出，建议用半波整流，桥式整流后是需地，不安全；（8）需要直流输出，负载一定要固定。题外话，为什么不用电容电感或者电阻电阻降压是有的，但是比较少，应用场合和电容降压一样，但是电阻消耗的是有功功率，功耗大。电感降压原理上和电容一样，但是估计精确的电感不好做，没有电容容易得到，所以没有用电感的。电容降压原理一、阻容降压原理电容降压的工作原理并不复杂。他的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。例如,在50HZ的工频条件下,一个1UF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。当220V的交流电压加在电容器的两端,则流过电容的最大电流约为70MA。虽然流过电容的电流有70MA,但在电容器上并不产生功耗,应为如果电容是一个理想电容,则流过电容的电流为虚部电流,它所作的功为无功功率。根据这个特点,我们如果在一个1UF的电容器上再串联一个阻性元件,则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。例如,我们将一个110V/8W的灯泡与一个1UF的电容串联,在接到220V/50HZ的交流电压上,灯泡被点亮,发出正常的亮度而不会被烧毁。因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V72MA,它与1UF电容所产生的限流特性相吻合。同理,我们也可以将5W/65V的灯泡与1UF电容串联接到220V/50HZ的交流电上,灯泡同样会被点亮,而不会被烧毁。因为5W/65V的灯泡的工作电流也约为70MA。因此,电容降压实际上是利用容抗限流。而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。电容降压式简易电源的基本电路如图1，C1为降压电容器，D2为半波整流二极管，D1在市电的负半周时给C1提供放电回路，D3是稳压二极管，R1为关断电源后C1的电荷泄放电阻。在实际应用时常常采用的是图2的所示的电路。当需要向负载提供较大的电流时，可采用图3所示的桥式整流电路。二、器件选择1电路设计时，应先测定负载电流的准确值，然后参考示例来选择降压电容器的容量。因为通过降压电容C1向负载提供的电流IO，实际上是流过C1的充放电电流IC。C1容量越大，容抗XC越小，则流经C1的充、放电电流越大。当负载电流IO小于C1的充放电电流时，多余的电流就会流过稳压管，若稳压管的最大允许电流IDMAX小于ICIO时易造成稳压管烧毁。2为保证C1可靠工作，其耐压选择应大于两倍的电源电压。3泄放电阻R1的选择必须保证在要求的时间内泄放掉C1上的电荷。三、设计举例图2中，已知C1为033F，交流输入为220V/50HZ，求电路能供给负载的最大电流。C1在电路中的容抗XC为XC1/（2FC）1/（231450033106）965K流过电容器C1的充电电流（IC）为ICU/XC220/96522MA。通常降压电容C1的容量C与负载电流IO的关系可近似认为C145I，其中C的容量单位是F，IO的单位是A。电容降压式电源是一种非隔离电源，在应用上要特别注意隔离，防止触电。录入编辑电路图网DZDLT电池反接保护的电路类别网文精粹阅读953用户在使用电池供电产品时常常会误将电池装反当然，工程师不会犯这样的错误。利用单个二极管或二极管桥可以避免损坏电路，但那会浪费功率，并由于在电池与系统电源间串入了一或两个二极管压降，使可用的电源电压减小。在此介绍一个替换方案，不仅解决了反接电池的保护问题，而且还能够自动纠正反接错误见下图。为消除分立二极管的管压降，选用具有低导通电阻的DPDT双刀双掷开关，用作全波整流器。当电池如图中所示正确连接时，上端的开关S1位于常闭状态，因为其控制引脚为低电平。引脚2到引脚10间的连接提供了一条从电池到VCC端的低阻通路。反之，下端的开关S2闭合其常开触点未画出，因为其控制引脚为高电平。引脚7到引脚6导通使电池的负端与系统地连接。IC1内部的ESD保护二极管可保证电路正常开启，其作用类似于全波整流器。电池电压高于1V时，模拟开关内部的MOSFET导通。其导通时间低于20NS，能够在电池极性接反时迅速切换电池与系统的连接极性，保证电路正常工作。电路导通电阻与电池电压有关。采用4节NIC