阻容降压详细分析

电容降压原理之我见转载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。/691CUIUZUJWCMAJWC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。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UC045UU输出的直流负载半波整流12UU输出的直流负载桥式整流2220CVUU负载根据负载要求，求出流过电容的电流ICRDIII负载CII负载05半波整流降压电容UF0470681152泄放电阻1M750K510K360K220KCII负载桥式整流求出容值1JWCICCCUZ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。一种新颖的电容降压型直流稳压辅助电源关键字电容降压型直流稳压辅助电源一、概述电子工程师总是在不断追求减小设备体积，优化设计，以期最大限度地降低设备成本。其中，减小作为辅助电源的直流稳压电源电路部分的体积，往往是最难解决的问题之一。普通的线性直流稳压电源电路效率比较低，电源的变压器体积大，重量重，成本较高。开关电源电路结构较复杂，成本高，电源纹波大，RFI和EMI干扰是难以解决的。下文介绍的是一种新颖的电容降压型直流稳压电源电路。这种电路无电源变压器，结构非常简单，具体有体积小、重量轻、成本低廉、动态响应快、稳定可靠、高效（可达90以上）等特点。二、电容降压原理当一个正弦交流电源U（如20VAC50HZ）施加在电容电路上时，电容器两极板上的电荷，极板间的电场都是时间的函数。也就是说电容器上电压电流的有效值和幅值同样遵循欧姆定律。即加在电容上的电压幅值一定，频率一定时，就会流过一个稳定的正弦交流电流IC。容抗越小（电容值越大），流过电容器的电流越大，在电容器上串联一个合适的负载，就能得到一个降低的电压源，可经过整流，滤波，稳压输出。电容在电路中只是吞吐能量，而不消耗能量，所以电容降压型电路的效率很高。三、原理方框图电路由降压电容，限流，整流滤波和稳压分流等电路组成。1降压电容相当于普通稳压电路中的降压变压器，直接接入交流电源回路中，几乎承受全部的交流电源U，应选用无极性的金属膜电容（METALIZEDPOLYESTERFILMCAPCITOR）。2限流电路在合上电源的瞬间，有可能是U的正或负半周的峰_峰值，此时瞬间电流会很大，因此在回路中需串联一个限流电阻，以保证电路的安全。3整流滤波有半波整流和全波整流，与普通的直流稳压电源电路的设计要求相同。4稳压分流电压降压回路中，电流有效值I是稳定的，不受负载电流大小变化的影响，因此在稳压电路中，要有分流回路，以响应负载电流的大小变化。四、设计势实例1桥式全波整流稳压电路规格要求输出DC电压12V，DC电流30MA；输入电源20VAC/50HZ市电。1）降压电容C1的选择AC1容值的选择电容值取决于负载电流，负载电流I确定后,可得C1/2FU式中交流电源U值计算时取负10，即I30MA，U20V（10）198V，F50HZ,C10323145650198482F电容值只可取大，不可取小，本例电容C1取值5F。B耐压值的选择要考虑电源正10的情况，如本例用市电，C1要选择250VAC的金属膜电容。C耐瞬间冲击电流的选择金属膜电容的内阻是很低的，允许电容在吞吐能量时，有大的电流流过，这个电流的大小取决于电容值和它的DU/T值，此值由电容的结构，金属膜的类型，引出线的方式决定的。DU/T值与电容的耐压值有关，耐压越高，DU/T值越大，不同厂家产品DU/T值也有很大的差别，如耐压为250VAC电容值为5F的金属膜电容的DU/T值一般在330之间选择。在本例中C15F，DU/T值取3，则C1耐瞬间冲击电流值为ICDU/T5315（A）2）限流电阻R1的选择先求C1的容抗XC1/2FC1/2314650005636则复阻抗|Z638（R1取值为47）求得电流有效值为IU/|Z20/638347MA电阻实际承受的有效电压值UR347MA47162V求出电阻实际承受的功率PR162V347MA58W（R1选用线绕电阻器，功率取75W）3）稳压分流电路稳压管ZD1和T1管EB结，R3组成稳压电路，T1,R2组成分流电路。ZD1选用13V的稳压管；R3阻值取1801/6W；T1管响应负载电流的大小变化，负载电流可在030MA内变化，T1选用2W的PN管，电流放大倍数20；R2用作负载电流较小时，分担一部分T1管的功率，R2取值30/3W。2半波整流稳压电路规格要求输出一组24VDC电压（如提供继电器工作用），一组DC电压5V（如供微控制器工作或双向可控硅触发电流用），输出DC电流60MA；输入电源20V/50HZ。1）降压电容C1的选择A流过电容C1的电流约是负载电流的两倍，即120MA，得出C1/2FU0123145650198193（F）C1的实际取值2F。B选择耐压值为250VAC的金属膜电容。C瞬间冲击电流值为ICDU/T236（A）2）限流电阻R1的选择电路的复阻抗XC1/23145650002146K|Z1467KR1取值10求得电流有效值IU/|Z20/1467150MA再求出电阻承受的有效电压值为UR150MA1015V求出电阻实际承受的功率PR15V150MA25W（R1的功率取3W）3）半波整流电路D1作半波整流用，C2、C3为滤波电容，交流电源U上半周时，经C1、R1降压，由D1整流后给电容C2平滑滤波输出D2的作用交流电源U下半周时，降压电容C1经由D2放电。4）稳压分流ZD1、ZD2、R3组成DC24V稳压即分流电路，T1、ZD3和R4组成DC5V稳压电路。五、结语1、电路结构非常简单，具有体积小、重量轻，有利于实现电子设备的小型化；2、省去