电容降压电源原理和计算公式.docx

电容降压电源原理和计算公式 这一类的电路通常用于低成本取得非隔离的小电流电源.它的输出电压通常可在几伏到三几十伏,取决于所使用的齐纳稳压管.所能提供的电流大小正比于限流电容容量.采用半波整流时,每微法电容可得到电流(平均值)为:(国际标准单位) I(AV)=0.44*V/Zc=0.44*220*2*Pi*f*C=0.44*220*2*3.14*50*C=30000C =30000*0.000001=0.03A=30mA 如果采用全波整流可得到双倍的电流(平均值)为: I(AV)=0.89*V/Zc=0.89*220*2*Pi*f*C=0.89*220*2*3.14*50*C=60000C =60000*0.000001=0.06A=60mA 一般地,此类电路全波整流虽电流稍大,但是因为浮地,稳定性和安全性要比半波整流型更差,所以用的更少. 使用这种电路时,需要注意以下事项: 1、未和220V交流高压隔离,请注意安全,严防触电! 2、限流电容须接于火线,耐压要足够大(大于400V),并加串防浪涌冲击兼保险电阻和并放电电阻. 3、注意齐纳管功耗,严禁齐纳管断开运行. C1取值大小应根据负载电流来选择,比如负载电路需要9V工作电压,负载平均电流为75毫安,由于Id=0.62C1,可以算得C1=1.2uF.考虑到稳压管DZ1的损耗,C1可以取1.5uF,此时电源实际提供的电流为Id=93毫安.稳压管的稳压值应等于负载电路的工作电压,其稳定电流的选择也非常重要.由于电容降压电源提供的的是恒定电流,近似为恒流源,因此一般不怕负载短路,但是当负载完全开路时,R2(串在整流电路后,做限流)及DZ1回路中将通过全部的93毫安电流,所以DZ1的最大稳定电流应该取100毫安为宜.由于RL与DZ1并联,在保证RL取用75毫安工作电流的同时,尚有18毫安电流通过DZ1,所以其最小稳定电流不得大于18毫安,否则将失去稳压作用. 电工原理:整流后的直流电流平均值Id,与交流电平均值I的关系为Id=V/XC1.C1以uF为单位,则Id为毫安单位 问:谈到电容降压,我有点小问问题想请各位指教.我公司有多款产品都用到电容降压,但都没有用齐纳管也没有任何事发生,照常出货.前不久,我们生产一批产品,是黄色LED灯,却出现大量死灯,而且是一死灯就是整块板的灯全开路死灯,到现在也没有搞清楚是怎么回事(其它颜色的灯没有出现这样的情况).今天看到你们的贴子这么好,也想借此机会向各位请教.答:一是你的CBB选大了,二是你CBB选的是对的,但是客户的输入电压肯定不是咱们的220有可能高出几伏或者十几伏, 所以会开路死灯,发表我的看法. 我认为,inherit先生的计算公式是错误的,连近视公式都不是.还有,画的电路也不完整. 我认为,完整的电路应该是: 1.输入端应串接浪涌限制电阻. 2.稳压管上应并联滤波电容(如果没有电容的话,纹波大,稳压管也容易损坏). 3.输出端应接入稳压器件,例如78系列的78X05之类. 4.半波整流的情况下,整流二极管应挪到稳压管后面. 我认为,平均电流的计算公式中不应有0.44,0.89,Pi.在有效值电流和视在功率的式子 中可能出现0.44(半波),0.89(全波).sqrt(Pi)/4=0.44(近似),sqrt(Pi)/2=0.89(近似). 很抱歉,因为有效值电流和视在功率的近似式子中出现sqrt(Pi)项,我用除4或除8的方法,主 观硬凑出0.44和0.89的. 前几年,我是建立数学模型,用解微分方程的方法得出了近似式子,费了不功夫,向公司 递交了技术报告.当时看到公司的人用实验方法确定降压电容,很挠心.得出的近似式子如下: 1.半波:I(AV)=2*sqrt(2)*f*c*Vrms(近似) I(rms)=2*sqrt(2)*f*c*Vrms*sqrt(Pi)(近似) 视在功率=2*sqrt(2)*f*c*Vrms*Vrms*sqrt(Pi)(近似) 2.全波:I(AV)=4*sqrt(2)*f*c*Vrms(近似) I(rms)=2*sqrt(2)*f*c*Vrms*sqrt(Pi)(近似) 视在功率=2*sqrt(2)*f*c*Vrms*Vrms*sqrt(Pi)(近似) 其实,若考虑稳压管的电压、整流二极管的压降、导通角,上面的式子非常复杂,我没法输 入,只好在此省略了,很抱歉. 这种电路有以下优点: 1.电路简单、元件少 2.噪声小 3.可防磁场干扰 这种电路有以下缺点: 1.功率因数低,无功功率大. 2.不适合于负载电流稍大的电源,不适合于宽输入电压、负荷电流变动很大的电源.因为降压电容 是在最低输入电压、最低工作频率、最大负荷电流的条件下确定的.当输入电压和工作频率较高、 负荷电流较小时,多余的电流会流向稳压管,导致稳压管发热. 3.因为是非绝缘型电源,电路带电,电路的使用范围受到限制.不能有一端接了零线就安全的想法. 设计时, 1.根据输入电压的最小值、最低工作频率、最大负荷电流、电容的误差和温度变化率计算出降压 电容容量. 2.根据输入电压的最大值、降压电容的容量(应考虑误差和温度变化率)、并参照有关电气规定确 定放电电阻的阻值. 3.根据输入电压的最大值、最高工作频率、最小负荷电流、降压电容的容量(应考虑误差和温度变 化率)、稳压管的最大容许功率和热阻抗(应考虑最高环境温度),确定稳压管的型号. 从成本的角度看,我个人认为,这种电路不太适合于200V-240V电网,是适合于100V电网.因 为输入电压很高时,要想采用可靠的降压电容,电容的成本太高. 另,特别要注意稳压管的安全.其实,稳压管的稳压值和损失的关系曲线成抛物线.电容器使用说明 1)名称:聚酯(涤纶)电容 符号:(CL) 电容量:40p-4uf 额定电压:63-630V 主要特点:小体积,大容量,耐热耐湿,稳定性差 应用:对稳定性和损耗要求不高的低频电路 2)名称:聚苯乙烯电容 符号:(CB) 电容量:10p-1uf 额定电压:100V-30KV 主要特点:稳定,低损耗,体积较大 应用:对稳定性和损耗要求较高的电路 3)名称:聚丙烯电容 符号:(CBB) 电容量:1000p-10uf 额定电压:63-2000V 主要特点:性能与聚苯相似但体积小,稳定性略差 应用:代替大部分聚苯或云母电容,用于要求较高的电路 4)名称:云母电容 符号:(CY) 电容量:10p-0.1uf 额定电压:100V-7kV 主要特点:高稳定性,高可*性,温度系数小 应用:高频振荡,脉冲等要求较高的电路 5)名称:高频瓷介电容 符号:(CC) 电容量:1-6800p 额定电压:63-500V 主要特点:高频损耗小,稳定性好 应用:高频电路 6)名称:低频瓷介电容 符号:(CT) 电容量:10p-4.7uf 额定电压:50V-100V 主要特点:体积小,价廉,损耗大,稳定性差 应用:要求不高的低频电路 7)名称:玻璃釉电容 符号:(CI) 电容量:10p-0.1uf 额定电压:63-400V 主要特点:稳定性较好,损耗小,耐高温(200度) 应用:脉冲、耦合、旁路等电路 8)名称:铝电解电容 符号:(CD) 电容量:0.47-10000uf 额定电压:6.3-450V 主要特点:体积小,容量大,损耗大,漏电大 应用:电源滤波,低频耦合,去耦,旁路等 9)名称:钽电解电容 符号:(CA)铌电解电容(CN) 电容量:0.1-1000uf 额定电压:6.3-125V 主要特点:损耗、漏电小于铝电解电容 应用:在要求高的电路中代替铝电解电容 10)名称:空气介质可变电容器 符号: 可变电容量:100-1500p 主要特点:损耗小,效率高;可根据要求制成直线式、直线波长式、直线频率式及对数式等 应用:电子仪器,广播电视设备等 11)名称:薄膜介质可变电容器 符号: 可变电容量:15-550p 主要特点:体积小,重量轻;损耗比空气介质的大 应用:通讯,广播接收机等 12)名称:薄膜介质微调电容器 符号: 可变电容量:1-29p 主要特点:损耗较大,体积小 应用:收录机,电子仪器等电路作电路补偿 13)名称:陶瓷介质微调电容器 可变电容量:0.3-22p 主要特点:损耗较小,体积较小 应用:精密调谐的高频振荡回路 14)名称:独石电容 电容量大、体积小、可*性高、电容量稳定,耐高温耐湿性好等. 应用范围:广泛应用于电子精密仪器.各种小型电子设备作谐振、耦合、滤波、旁路. 容量范围:0.5PF-1UF 耐压:二倍额定电压. 独石又叫多层瓷介电容,分两种类型,1型性能挺好,但容量小,一般小于0.2Uf,另一种叫II型,容量大,但性能一般.独石电容最大的缺点是温度系数很高,做振荡器的频漂让人受不了,我们做的一个555振荡器,电容刚好在7805旁边,开机后,用示波器看频率,眼看着就慢慢变化,后来换成涤纶电容就好多了. 就温漂而言: 独石为正温糸数+130左右,CBB为负温系数-230,用适当比例并联使用,可使温漂降到很小. 就价格而言: 钽,铌电容最贵,独石,CBB较便宜,瓷片最低,但有种高频零温漂黑点瓷片稍贵.云母电容Q值较高,也稍贵. 15)安规电容是指用于这样的场合,即电容器失效后,不会导致电击,不危及人身安全. 安规电容安全等级应用中允许的峰值脉冲电压过电压等级(IEC664) X12.5kV 4.0kV X2 2.5kV X3 1.2kV 16)安规电容安全等级绝缘类型 额定电压范围 Y1 双重绝缘或加强绝缘 250V Y2 基本绝缘或附加绝缘 150V 250V Y3 基本绝缘或附加绝缘 150V 250V Y4 基本绝缘或附加绝缘150V Y电容的电容量必须受到限制,从而达到控制在额定频率及额定电压作用下,流过它的漏电流的大小和对系统EMC性能影响的目的.GJB151规定Y电容的容量应不大于0.1uF.Y电容除符合相应的电网电压耐压外,还要求这种电容器在电气和机械性能方面有足够的安全余量,避免在极端恶劣环境条件下出现击穿短路现象,Y电容的耐压性能对保护人身安全具有重要意义 安规电容的参数选择 X电容,聚苯乙烯(薄膜乙烯)电容,从上面的贴子里也可以看到,聚苯乙烯 的耐电压较高,适合EMI 电路的高压脉冲吸收作用. 2.容量计算:一般两级X电容,前一级用0.47uF,第二基用0.1uF;单级则用0.47uF.目前还没有比较方便的计算方法.(电容容量的大小 和电源的功率无直接关系) 电解电容的设计,一点小经验: 1.电解电容在滤波电路中根据具体情况取电压值为噪声峰值的1.2-1.5倍,并不根据滤波电路的额定值; 2.电解电容的正下面不得有焊盘和过孔. 3.电解电容不得和周边的发热元件直接接触. 电路设计 (4)铝电解电容分正负极,不得加反向电压和交流电压,对可能出现反向电压的地方应使用无极性电容. (5)对需要快速充放电的地方,不应使用铝电解电容器,应选择特别设计的具有较长寿命的电容器. (6)不应使用过载电压 1.直流电压玉文博电压叠加后的缝制电压低于额定值. 2.两个以上电解电容串联的时候要考虑使用平衡电阻器,使得各个电容上的电压在其额定的范围内. (9)设计电路板时,应注意电容齐防爆阀上端不得有任何线路,并应留出2mm以上的空隙. (10)电解也主要化学溶剂及电解纸为易燃物,且电解液导电.当电解液与pc板接触时,可能腐蚀pc板上的线路.,以致生烟或着火.因此在电解电容下面不应有任何线路. (11)设计线路板向背应确认发热元器件不靠近铝电解电容 电容的型号命名: 1) 各国电容器的型号命名很不统一,国产电容器的命名由四部分组成: 第一部分:用字母表示名称,电容器为C. 第二部分:用字母表示材料. 第三部分:用数字表示分类. 第四部分:用数字表示序号. 2) 电容的标志方法: (1) 直标法:用字母和数字把型号、规格直接标在外壳上. (2) 文字符号法:用数字、文字符号有规律的组合来表示容量.文字符号表示其电容量的单位:P、N、u、m、F等.和电阻的表示方法相同.标称允许偏差也和电阻的表示方法相同.小于10pF的电容,其允许偏差用字母代替:B0.1pF,C0.2pF,D0.5pF,F1pF. (3) 色标法:和电阻的表示方法相同,单位一般为pF.小型电解电容器的耐压也有用色标法的,位置*近正极引出线的根部,所表示的意义如下表所示: 颜色 黑 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 耐压 4V 6.3V 10V 16V 25V 32V 40V 50V 63V (4) 进口电容器的标志方法:进口电容器一般有6项组成. 第一项:用字母表示类别: 第二项:用两位数字表示其外形、结构、封装方式、引线开始及与轴的关系. 第三项:温度补偿型电容器的温度特性,有用字母的,也有用颜色的,其意义如下表所示: 序号 字母 颜色 允许偏差 字母 颜色 温度系数 1A金 +100R黄 -220 2B灰 +30 S绿 -330 3C黑 0 T蓝 -470 4G 30U紫 -750 5H棕 -30 60V -1000 6J 120 W -1500 7K 250 X -2200 8L红 -80 500 Y -3300 9M 1000Z -4700 10 N 2500SL+350-1000 11 P橙 -150YN-800-5800 备注:温度系数的单位10e -6/;允许偏差是 % . 第四项:用数字和字母表示耐压,字母代表有效数值,数字代表被乘数的10的幂. 第五项:标称容量,用三位数字表示,前两位为有效数值,第三为是10的幂.当有小数时,用R或P表示.普通电容器的单位是pF,电解电容器的单位是uF. 第六项:允许偏差.用一个字母表示,意义和国产电容器的相同. 也有用色标法的,意义和国产电容器的标志方法相同. 3 电容的主要特性参数: (1) 容量与误差:实际电容量和标称电容量允许的最大偏差范围.一般分为3级:I级5%,II级10%,III级20%.在有些情况下,还有0级,误差为20%. 精密电容器的允许误差较小,而电解电容器的误差较大,它们采用不同的误差等级. 常用的电容器其精度等级和电阻器的表示方法相同. 用字母表示:D005级0.5%;F01级1%;G02级2%;JI级5%;KII级10%;MIII级20%. (2) 额定工作电压:电容器在电路中能够长期稳定、可*工作,所承受的最大直流电压,又称耐压.对于结构、介质、容量相同的器件,耐压越高,体积越大. (3) 温度系数:在一定温度范围内,温度每变化1,电容量的相对变化值.温度系数越小越好. (4) 绝缘电阻:用来表明漏电大小的.一般小容量的电容,绝缘电阻很大,在几百兆欧姆或几千兆欧姆.电解电容的绝缘电阻一般较小.相对而言,绝缘电阻越大越好,漏电也小. (5) 损耗:在电场的作用下,电容器在单位时间内发热而消耗的能量.这些损耗主要来自介质损耗和金属损耗.通常用损耗角正切值来表示. (6) 频率特性:电容器的电参数随电场频率而变化的性质.在高频条件下工作的电容器,由于介电常数在高频时比低频时小,电容量也相应减