電容降壓電源詳解

1、電容降壓式電源將交流市電轉(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(jiǎn)單實(shí)用的方法就是采用電容降壓式電源一、電路原理電容降壓式簡(jiǎn)易電源的基本電路如圖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?lèi)電源內(nèi)阻很大的緣故所致，故不適合大電流供電的應(yīng)用場(chǎng)合。二、器件選擇1. 電路設(shè)

2、計(jì)時(shí)，應(yīng)先測(cè)定負(fù)載電流的準(zhǔn)確值，然后參考示例來(lái)選擇降壓電容器的容量。因?yàn)橥ㄟ^(guò)降壓電容C1向負(fù)載提供的電流Io，實(shí)際上是流過(guò)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(guò)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可靠工作，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。三、設(shè)計(jì)舉例圖2中，已知C1為0.33F，交流輸入為220V/50Hz，求電路能供給負(fù)載的最大電流。 C1在電路中的容抗Xc為：Xc=1 /（2

3、 f C）= 1/（2*3.14*50*0.33*10-6）= 9.65K流過(guò)電容器C1的充電電流（Ic）為：Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA。通常降壓電容C1的容量C與負(fù)載電流Io的關(guān)系可近似認(rèn)為：C=14.5 I，其中C的容量單位是F，Io的單位是A。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。電容降壓電源原理和計(jì)算公式這一類(lèi)的電路通常用于低成本取得非隔離的小電流電源。它的輸出電壓通常可在幾伏到三幾十伏，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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位）I(A

4、V)=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(lèi)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(qǐng)注意安全，嚴(yán)防觸電！2、限流電容須接于火線，

5、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(kāi)運(yùn)行。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(hào)頻率下產(chǎn)生的容抗來(lái)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(guò)電容的最大電流約為70mA。雖然流過(guò)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(guò)電容的電流為虛部電流，它所作的功為無(wú)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

6、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， 2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。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

7、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(wú)極性電容，絕對(duì)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? 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。 設(shè)計(jì)方法:圖2中,已知C1=0.33UF,交流輸入為220V/50HZ,求電路提供給負(fù)載的最大電流 C1在電路中的容抗Xc=1/(2*pi*f*c)=1/(2*3.14*50*0.33)=9.65k流過(guò)電容C1的充電電流Ic

8、=U/Xc=220/9.65=22mA;通常降壓電容C1的容量與負(fù)載電流Io的關(guān)系近似認(rèn)為:C=14.5I,其中C的電容單位是UF,Io的 單位是A;在常用的低壓電源中，用電容器降壓（實(shí)際是電容限流）與用變壓器相比，電容降壓的電源體積小、經(jīng)濟(jì)、可靠、效率高，缺點(diǎn)是不如變壓器變壓的電源安全。通過(guò)電容器把交流電引入負(fù)載中，對(duì)地有220V電壓，人易觸電，但若用在不需人體接觸的電路內(nèi)部電路電源中，本弱點(diǎn)也可克服。如冰箱電子溫控器或遙控電源的開(kāi)關(guān)等電源都是用電容器降壓而制作的。相對(duì)于電阻降壓，對(duì)于頻率較低的50Hz交流電而言，在電容器上產(chǎn)生的熱能損耗很小，所以電容器降壓更優(yōu)于電阻降壓。通過(guò)電容器電流的大

9、小，受該電容器容抗Xc1（2fC），Xc的單位是歐姆；交流電頻率f的單位是赫茲；電容器C的單位是法拉。當(dāng)將不同容量的電容器C（如圖1所示），接入AC220V 50Hz的交流電路時(shí)，其C的容抗及其所能通過(guò)的電流如附表所列。該電流即電容器C所能提供的最大電流值。電容量（uF）0.33 0.39 0.47 0.56 0.68 0.82 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.7 容抗（k） 9.7 8.2 6.8 5.7 4.7 3.9 3.2 2.7 2.1 1.8 1.4 1.2 電流（mA） 23 27 32 39 47 56 69 81 105 122 157 183用電容器降壓制作電源時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn)：（1）經(jīng)電容器降壓后，必須如圖2所示經(jīng)整流、濾波及穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓后，才能獲得電壓穩(wěn)定的電源（注：整流