詳解電容降壓電路計算實例

前言

上一篇文章我們講解了阻容降壓電源中的電阻降壓電源的拓?fù)湟约霸敿?xì)的計算方式，從上一篇文章中我們了解到使用電阻降壓構(gòu)建電源并不是一種有效的方法，因為它具有大量的熱量損失。本篇文章我們會講解電容降壓電路的計算。

電容降壓

阻容降壓

電容降壓器

我們可以在交流電路中使用電容器(電容自身的容抗)來降低電壓。我們重點需要做的是計算電容器的容值，在交流電路中，電容可以像電阻一樣降低電壓，這利用了電容最基本的特性，也就是通交流阻直流，并且電容是屬于儲能元件，理想的電容是不損耗能量的。

電容降壓電路

電容降壓電路計算實例

為了便于對比，我們和上篇文章一樣，以 12V、50mA 的負(fù)載和 230V、50Hz 的交流電源為例，使用與電阻降壓電路方案相同的電路，只是將電阻器替換為電容器。因此，降壓所需的電阻為 4220Ω，因此需要計算電抗值幾乎接近 4220Ω 的電容器(此處建議閱讀上篇電阻降壓電路的文章)。

有人會疑惑了，為什么電路圖中的電容器并聯(lián)了一個電阻器呢?這里的電阻的作用是當(dāng)輸入電源斷電時，泄放電容中儲存的電荷，避免斷電后，人觸摸插頭被電到。電阻的阻值在 470k – 1M 范圍內(nèi)，阻值比較大的阻值和電容的放電時間要求有關(guān)，因為阻值比較大，通過的電流比較小，因此在下面的計算中我們就忽略了R1，所以電容器兩端的等效電阻幾乎與電容的容抗值相同。容抗可以計算為Xc = 1/2ΠfC。

1)容值計算

Xc = 4220Ω = 1/ 2πfC

F = 50Hz

C = 1/ 4220 x 2 x π x 50 = 0.754μf

由于容抗與電容值成反比，因此選擇的電容器標(biāo)準(zhǔn)值需要高于計算值才能獲得更大的電流。

所以，如果我們選擇一個 1μf 的電容，它的容抗是3183.1Ω。

與電阻降壓器的計算方式相同，電容器上的壓降是216V，那么電路中的電流值= 216 / Z。

電阻降壓電路是純電阻性的，但電容降壓電路有一個無功分量，即容抗。純?nèi)菪院妥栊载?fù)載相差90度，容性電路中電流相位超前電壓相位。

2)輸出電流計算

阻抗Z = 1/2ΠfC + R 2 = 3184.67Ω;

輸出電流變?yōu)?216/3184.67 = 67mA，其中包括了 50mA 負(fù)載電流和齊納二極管電流 Iz = 17mA。

3)輸出功率計算

電路的輸入功率按視在功率計算，因為它同時包含有功功率和無功功率。視在功率 = VI = 230 x 0.067 = 15.41W。

電容器的功率 = I x I x XL sin 90 = 0.067 x 0.067 x 3183.1 = 14.28VAR

輸出負(fù)載功率 = 12V x 50mA = 0.6W

總結(jié)

與消耗有功功率的電阻降壓器不同，電容降壓電路中的大部分功率是無功功率。因此，使用電容降壓器遠(yuǎn)比使用電阻降壓器效率更高。電容降壓電路也有許多缺點，比如該電路在交流線路和直流輸出之間沒有電氣隔離，這可能會導(dǎo)致電擊或其他電氣事故。它僅對小電流的產(chǎn)品有用，對于有大負(fù)載輸出要求的產(chǎn)品不可行，因為大電流需要更高的電容，這也意味著電容器的體積會更大，不便于集成。

審核編輯：湯梓紅