詳細(xì)剖析電容降壓的原理

將交流市電轉(zhuǎn)換為低壓直流的常規(guī)方法是采用變壓器降壓后再整流濾波，當(dāng)受體積和成本等因素的限制時(shí)，最簡單實(shí)用的方法就是采用電容降壓式電源。

采用電容降壓時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1、根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當(dāng)?shù)碾娙?，而不是依?jù)負(fù)載的電壓和功率。

2、限流電容必須采用無極性電容，絕對不能采用電解電容。而且電容的耐壓須在400V以上。最理想的電容為鐵殼油浸電容。

3、電容降壓不能用于大功率條件，因?yàn)椴话踩?br />
4、電容降壓不適合動(dòng)態(tài)負(fù)載條件。

5、同樣，電容降壓不適合容性和感性負(fù)載。6、當(dāng)需要直流工作時(shí)，盡量采用半波整流。不建議采用橋式整流，而且要滿足恒定負(fù)載的條件。

電路一

這一類的電路通常用于低成本取得非隔離的小電流電源。它的輸出電壓通?？稍趲追饺龓资?，取決于所使用的齊納穩(wěn)壓管。所能提供的電流大小正比于限流電容容量。采用半波整流時(shí)，每微法電容可得到電流(平均值)為：(國際標(biāo)準(zhǔn)單位)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雙倍的電流(平均值)為：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，此類電路全波整流雖電流稍大，但是因?yàn)楦〉?，穩(wěn)定性和安全性要比半波整流型更差，所以用的更少。

使用這種電路時(shí)，需要注意以下事項(xiàng)：

1、未和220V交流高壓隔離，請注意安全，嚴(yán)防觸電!

2、限流電容須接于火線，耐壓要足夠大(大于400V)，并加串防浪涌沖擊兼保險(xiǎn)電阻和并放電電阻。

3、注意齊納管功耗，嚴(yán)禁齊納管斷開運(yùn)行。

電路二

最簡單的電容降壓直流供電電路及其等效電路如圖1，C1為降壓電容，一般為0.33~3.3uF。假設(shè)C1=2uF，其容抗XCL=1/(2PI*fC1)=1592。由于整流管的導(dǎo)通電阻只有幾歐姆，穩(wěn)壓管VS的動(dòng)態(tài)電阻為10歐姆左右，限流電阻R1及負(fù)載電阻RL一般為100~200，而濾波電容一般為100uF~1000uF，其容抗非常小，可以忽略。若用R代表除C1以外所有元器件的等效電阻，可以畫出圖的交流等效電路。同時(shí)滿足了XC1>R的條件,所以可以畫出電壓向量由于R甚小于XC1，R上的壓降VR也遠(yuǎn)小于C1上的壓降，所以VC1與電源電壓V近似相等，即VC1=V。根據(jù)電工原理可知：整流后的直流電流平均值Id,與交流電平均值I的關(guān)系為Id=V/XC1。若C1以uF為單位，則Id為毫安單位，對于22V，50赫茲交流電來說，可得到Id=0.62C1。

由此可以得出以下兩個(gè)結(jié)論：(1)在使用電源變壓器作整流電源時(shí)，當(dāng)電路中各項(xiàng)參數(shù)確定以后，輸出電壓是恒定的，而輸出電流Id則隨負(fù)載增減而變化;(2)使用電容降壓作整流電路時(shí)，由于Id=0.62C1,可以看出，Id與C1成正比，即C1確定以后，輸出電流Id是恒定的，而輸出直流電壓卻隨負(fù)載電阻RL大小不同在一定范圍內(nèi)變化。RL越小輸出電壓越低，RL越大輸出電壓也越高。C1取值大小應(yīng)根據(jù)負(fù)載電流來選擇，比如負(fù)載電路需要9V工作電壓，負(fù)載平均電流為75毫安，由于Id=0.62C1，可以算得C1=1.2uF?？紤]到穩(wěn)壓管VD5的的損耗，C1可以取1.5uF，此時(shí)電源實(shí)際提供的電流為Id=93毫安。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值應(yīng)等于負(fù)載電路的工作電壓，其穩(wěn)定電流的選擇也非常重要。由于電容降壓電源提供的的是恒定電流，近似為恒流源，因此一般不怕負(fù)載短路，但是當(dāng)負(fù)載完全開路時(shí)，R1及VD5回路中將通過全部的93毫安電流，所以VD5的最大穩(wěn)定電流應(yīng)該取100毫安為宜。

由于RL與VD5并聯(lián)，在保證RL取用75毫安工作電流的同時(shí)，尚有18毫安電流通過VD5，所以其最小穩(wěn)定電流不得大于18毫安，否則將失去穩(wěn)壓作用。限流電阻取值不能太大，否則會(huì)增加電能損耗，同時(shí)也會(huì)增加C2的耐壓要求。如果是R1=100歐姆，R1上的壓降為9.3V,則損耗為0.86瓦,可以取100歐姆1瓦的電阻。濾波電容一般取100微法到1000微法,但要注意其耐亞的選擇.前已述及,負(fù)載電壓為9V,R1上的壓降為9.3V,總降壓為18.3V,考慮到留有一定的余量,因此C2耐壓取25V以上為好。

電路三

如圖-1，C1 為降壓電容器，D2 為半波整流二極管，D1 在市電的負(fù)半周時(shí)給C1 提供放電回路，D3 是穩(wěn)壓二極管R1 為關(guān)斷電源后C1 的電荷泄放電阻。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)常常采用的是圖-2的所示的電路。當(dāng)需要向負(fù)載提供較大的電流時(shí)，可采用圖-3 所示的橋式整流電路。整流后未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓一般會(huì)高于30 伏，并且會(huì)隨負(fù)載電流的變化發(fā)生很大的波動(dòng)，這是因?yàn)榇祟愲娫磧?nèi)阻很大的緣故所致，故不適合大電流供電的應(yīng)用場合。

器件選擇

1、電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先測定負(fù)載電流的準(zhǔn)確值，然后參考示例來選擇降壓電容器的容量。因?yàn)橥ㄟ^降壓電容C1 向負(fù)載提供的電流Io，實(shí)際上是流過C1 的充放電電流Ic。C1 容量越大，容抗Xc 越小，則流經(jīng)C1 的充、放電電流越大。當(dāng)負(fù)載電流Io 小于C1 的充放電電流時(shí)，多余的電流就會(huì)流過穩(wěn)壓管，若穩(wěn)壓管的最大允許電流Idmax 小于Ic-Io 時(shí)易造成穩(wěn)壓管燒毀。

2、為保證C1 可工作，其耐壓選擇應(yīng)大于兩倍的電源電壓。

3、泄放電阻R1 的選擇必須保證在要求的時(shí)間內(nèi)泄放掉C1 上的電荷。電容降壓式電源是一種非隔離電源，在應(yīng)用上要特別注意隔離，防止觸電。

整流后未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓一般會(huì)高于30伏，并且會(huì)隨負(fù)載電流的變化發(fā)生很大的波動(dòng)，這是因?yàn)榇祟愲娫磧?nèi)阻很大的緣故所致，故不適合大電流供電的應(yīng)用場合。電容降壓式電源是一種非隔離電源，在應(yīng)用上要特別注意隔離，防止觸電。電容降壓的工作原理并不復(fù)雜。他的工作原理是利用電容在一定的交流信號頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大工作電流。

例如,在50Hz的工頻條件下，一個(gè)1uF的電容所產(chǎn)生的容抗約為3180歐姆。當(dāng)220V的交流電壓加在電容器的兩端，則流過電容的最大電流約為70mA。雖然流過電容的電流有70mA，但在電容器上并不產(chǎn)生功耗,應(yīng)為如果電容是一個(gè)理想電容，則流過電容的電流為虛部電流，它所作的功為無功功率。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，我們?nèi)绻谝粋€(gè)1uF的電容器上再串聯(lián)一個(gè)阻性元件,，則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產(chǎn)生的功耗完全取決于這個(gè)阻性元件的特性。

例如，我們將一個(gè)110V/8W的燈泡與一個(gè)1uF的電容串聯(lián)，在接到220V/50Hz的交流電壓上，燈泡被點(diǎn)亮，發(fā)出正常的亮度而不會(huì)被燒毀。因?yàn)?10V/8W的燈泡所需的電流為8W/110V=72mA，它與1uF電容所產(chǎn)生的限流特性相吻合。

同理，我們也可以將5W/65V的燈泡與1uF電容串聯(lián)接到220V/50Hz的交流電上，燈泡同樣會(huì)被點(diǎn)亮，而不會(huì)被燒毀。因?yàn)?W/65V的燈泡的工作電流也約為70mA。因此，電容降壓實(shí)際上是利用容抗限流。而電容器實(shí)際上起到一個(gè)限制電流和動(dòng)態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓的角色。