电容降压电路计算方法.docx

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电容降压电路计算方法

电容降压电路计算方法

  从网上看到很多人在寻求电容降压电路的计算方法。

实际上用电路仿真软件一下子就可以推理出电容降压电路的计算方法。

以下面的为例，说一下怎么计算电容降压电路。

  例：

在上图中已知电源v1的电压为220v频率为50HZ，求OUT端输出电压为17V，电流I为2mA时，降压电容C1的值为多少？

【解题猜想】从电路图中可以看出好像是一个电容和电阻串联的电容，先试试用电源电压V1减去17V得到电容两端的电压，得到电容两端的电压后除以电流，然后再根据电容的容抗计算方法得出电容的容量。

仿真波形如下：

猜想正确。

 实际实验：

一通电，电阻就冒烟了，可见这个电路不实用。

试一试改进的电路，图中的电路多加了电阻R2

 电路的计算方法：

只不过是多了个并联电阻，10150是电容C1和R2的并联总阻值。

再按照并联电路的原理就可以得出电容的容量。

得到的仿真结果也和猜想的结果一样。

实际实验：

电压不稳定。

电阻不会再冒烟，再进行电路改进。

结果如下：

 通过不断的改变C1，R1的值，得到OUT端的电压等于稳压管的稳压值。

电流取值于R1的值（通过实验得到）。

实际实验时，此电路较以前的电路安全稳定。

当然由于输出的电压等于稳压二极管的稳压值，所以此电路还可以用来测量未知稳压管的稳压值。

  下面的电路最好不要用。

电容降压式电源原理及电路

　　将交流市电转换为低压直流的常规方法是采用变压器降压后再整流滤波，当受体积和成本等因素的限制时，最简单实用的方法就是采用电容降压式电源。

　　一、电路原理

　　电容降压式简易电源的基本电路如图1，C1为降压电容器，D2为半波整流二极管，D1在市电的负半周时给C1提供放电回路，D3是稳压二极管，R1为关断电源后C1的电荷泄放电阻。

在实际应用时常常采用的是图2的所示的电路。

当需要向负载提供较大的电流时，可采用图3所示的桥式整流电路。

　　整流后未经稳压的直流电压一般会高于30伏，并且会随负载电流的变化发生很大的波动，这是因为此类电源内阻很大的缘故所致，故不适合大电流供电的应用场合。

　　二、器件选择

　　1.电路设计时，应先测定负载电流的准确值，然后参考示例来选择降压电容器的容量。

因为通过降压电容C1向负载提供的电流Io，实际上是流过C1的充放电电流Ic。

C1容量越大，容抗Xc越小，则流经C1的充、放电电流越大。

当负载电流Io小于C1的充放电电流时，多余的电流就会流过稳压管，若稳压管的最大允许电流Idmax小于Ic-Io时易造成稳压管烧毁.

　　2.为保证C1可靠工作，其耐压选择应大于两倍的电源电压。

　　3.泄放电阻R1的选择必须保证在要求的时间内泄放掉C1上的电荷。

　　三、设计举例

　　图2中，已知C1为0.33μF，交流输入为220V/50Hz，求电路能供给负载的最大电流。

C1在电路中的容抗Xc为：

　　Xc=1/（2πfC）=1/（2*3.14*50*0.33*10-6）=9.65K

　　流过电容器C1的充电电流（Ic）为：

　　Ic=U/Xc=220/9.65=22mA。

　　通常降压电容C1的容量C与负载电流Io的关系可近似认为：

C=14.5I，其中C的容量单位是μF，Io的单位是A。

　　电容降压式电源是一种非隔离电源，在应用上要特别注意隔离，防止触电。

电容降压电路的特点及元器件选择

在电子制作时，为了减小体积、降低成本，往往采用电容降压的方法代替笨重的电源变压器。

采用电容降压方法如元器件选择不当，不但达不到降压要求，还有可能造成电路损坏。

本文从实际应用角度，介绍电容降压元器件应如何进行正确选择。

最简单的电容降压直流供电电路及其等效电路如图1，C1为降压电容，一般为0.33~3.3uF。

假设C1=2uF，其容抗XCL=1/（2PI*fC1）=1592。

由于整流管的导通电阻只有几欧姆，稳压管VS的动态电阻为10欧姆左右，限流电阻R1及负载电阻RL一般为100~200，而滤波电容一般为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电阻，可以画出图2的交流等效电路。

同时满足了XC1>R的条件,所以可以画出电压向量图。

由于R甚小于XC1，R上的压降VR也远小于C1上的压降，所以VC1与电源电压V近似相等，即VC1=V。

根据电工原理可知：

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。

若C1以uF为单位，则Id为毫安单位，对于22V，50赫兹交流电来说，可得到Id=0.62C1。

由此可以得出以下两个结论：

（1）在使用电源变压器作整流电源时，当电路中各项参数确定以后，输出电压是恒定的，而输出电流Id则随负载增减而变化；

（2）使用电容降压作整流电路时，由于Id=0.62C1,可以看出，Id与C1成正比，即C1确定以后，输出电流Id是恒定的，而输出直流电压却随负载电阻RL大小不同在一定范围内变化。

RL越小输出电压越低，RL越大输出电压也越高。

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VD5的的损耗，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，R1及VD5回路中将通过全部的93毫安电流，所以VD5的最大稳定电流应该取100毫安为宜。

由于RL与VD5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VD5，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。

限流电阻取值不能太大，否则会增加电能损耗，同时也会增加C2的耐压要求。

如果是R1=100欧姆，R1上的压降为9.3V,则损耗为0.86瓦,可以取100欧姆1瓦的电阻。

滤波电容一般取100微法到1000微法,但要注意其耐亚的选择.前已述及,负载电压为9V,R1上的压降为9.3V,总降压为18.3V,考虑到留有一定的余量,因此C2耐压取25V以上为好。

电容降压的原理和电容降压LED驱动电路

电容降压的原理

　　电容降压的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。

例如，在50Hz的工频条件下，一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。

当220V的交流电压加在电容器的两端，则流过电容的最大电流约为70mA。

虽然流过电容的电流有70mA，但在电容器上并不产生功耗，应为如果电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所作的功为无功功率。

如果在一个1uF的电容器上再串联一个阻性元件，则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。

例如，我们将一个110V/8W的灯泡与一个1uF的电容串联，在接到220V/50Hz的交流电压上，灯泡被点亮，发出正常的亮度而不会被烧毁。

因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V=72mA，它与1uF电容所产生的限流特性相吻合。

同理，我们也可以将5W/65V的灯泡与1uF电容串联接到220V/50Hz的交流电上，灯泡同样会被点亮，而不会被烧毁。

因为5W/65V的灯泡的工作电流也约为70mA。

因此，电容降压实际上是利用容抗限流。

而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。

　　采用电容降压时应注意以下几点：

　　1根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容，而不是依据负载的电压和功率。

　　2限流电容必须采用无极性电容，绝对不能采用电解电容。

而且电容的耐压须在400V以上。

最理想的电容为铁壳油浸电容。

　　3电容降压不能用于大功率条件，因为不安全。

　　4电容降压不适合动态负载条件。

　　5同样，电容降压不适合容性和感性负载。

　　6当需要直流工作时，尽量采用半波整流。

不建议采用桥式整流。

而且要满足恒定负载的条件。

　　电容降压LED驱动电路

　　采用电容降压电路是一种常见的小电流电源电路﹐图一为一个实际的采用电容降压的LED驱动电路﹕请注意﹐大部分应用电路中没有连接压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管﹐建议连接上﹐因压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管能在电压突变瞬间（如雷电﹑大用电设备起动等）有效地将突变电流泄放﹐从而保护二级关和其它晶体管﹐它们的响应时间一般在微毫秒级。

电路工作原理﹕

　　电容C1的作用为降压和限流﹕电容的特性是通交流﹑隔直流﹐当电容连接于交流电路中时﹐其容抗计算公式为﹕XC=1/2πfC

电容的容抗XC=1/2π*输入交流电源的频率*降压电容的容量

　　式中﹐XC表示电容的容抗﹑f表示输入交流电源的频率﹑C表示降压电容的容量。

流过电容降压电路的电流计算公式为﹕

I=U/XC

电容的电流I=U电源电压/电容的容抗XC

　　式中I表示流过电容的电流﹑U表示电源电压﹑XC表示电容的容抗在220V﹑50Hz的交流电路中﹐当负载电压远远小于220V时﹐电流与电容的关系式为﹕

I=69C

　　其中电容的单位为uF﹐电流的单位为mA

下表为在220V﹑50Hz的交流电路中﹐理论电流与实际测量电流的比较

电容uf

0.047u发

0.1u发

0.22u发

0.47u发

1u发

2.2u发

4.7uf

电流mA

理论值

3.2mA

6.9mA

15.2mA

32.4mA

69mA

152mA

324mA

实测值

3.3mA

7.0mA

15mA

32.5mA

70mA

152mA

325mA

　　电阻R1为泄放电阻﹐其作用为﹕当正弦波在最大峰值时刻被切断时﹐电容C1上的残存电荷无法释放﹐会长久存在﹐在维修时如果人体接触到C1的金属部分﹐有强烈的触电可能﹐而电阻R1的存在﹐能将残存的电荷泄放掉﹐从而保证人﹑机安全。

泄放电阻的阻值与电容的大小有关﹐一般电容的容量越大﹐残存的电荷就越多﹐泄放电阻就阻值就要选小些。

经验数据如下表﹐供设计时参考﹕

D1~D4的作用是整流﹐其作用是将交流电整流为脉动直流电压。

C2﹑C3的作用为滤波﹐其作用是将整流后的脉动直流电压滤波成平稳直流电压

压敏电阻（或瞬变电压抑制晶体管）的作用是将输入电源中瞬间的脉冲高压电压对地泄放掉﹐从而保护LED不被瞬间高压击穿。

LED串联的数量视其正向导通电压（Vf）而定﹐在220VAC电路中﹐最多可以达到80个左右。

组件选择﹕电容的耐压一般要求大于输入电源电压的峰值﹐在220V,50Hz的交流电路中时﹐可以选择耐压为400伏以上的涤纶电容或纸介质电容。

　　D1~D4可以选择IN4007。

滤波电容C2﹑C3的耐压根据负载电压而定﹐一般为负载电压的1.2倍。

其电容容量视负载电流的大小而定。

　　下列电路图为其它形式的电容降压驱动电路﹐供设计时参考﹕

图二

　　在图二电路中﹐可控硅SCR及R3组成保护电路﹐当流过LED的电流大于设定值时﹐SCR导通一定的角度﹐从而对电路电流进行分流﹐使LED工作于恒流状态﹐从而避免LED因瞬间高压而损坏。

图三

　　在图三电路中﹐C1﹑R1﹑压敏电阻﹑L1﹑R2组成电源初级滤波电路﹐能将输入瞬间高压滤除﹐C2﹑R2组成降压电路﹐C3﹑C4﹑L2﹑及压敏电阻组成整流后的滤波电路。

此电路采用双重滤波电路﹐能有效地保护LED不被瞬间高压击穿损坏。

　　图四是一个最简单的电容降压应用电路﹐电路中利用两只反并联的LED对降压后的交流电压进行整流﹐可以广泛应用于夜光灯﹑按钮指示灯﹐要求不高的位置指示灯等场合。

LED电路并联电容

吸收浪涌，抗干扰，滤波，软启动，AC防闪；软启动：

延时，慢慢升高电压，保护LED

吸收浪涌：

如果是电容降压还有浪涌作用，可以防止接入电路瞬间的脉冲的高压损坏LED。

AC防闪：

我们平时的交流电由于导线很长，多少都带一点电感性质，当插头或者开关接通的瞬间，其实是一个

反复通断的过程，很容易产生较高的电压损坏LED。

很多万能充就是在插入电路和拔下的时候损坏的。

真正充电充到半截坏的很少。

LED属于恒压元件，即它一旦导通，则随电流变化，其上电压变化很小。

而电容在刚通电的瞬间，相

当于短路。

所以，用电容降压驱动LED，在刚通电的瞬间LED承受的冲击电流很大，轻则影响LED寿命

，重则立即烧毁LED。

因而采用电容降压来驱动LED是很不可取的。

实在要用，必须在电路里串联限流

电阻。

在电压足够高的前提下，当然是尽量串联使用为好，因为串联后LED的等效电阻增大，受到的

冲击电流较小。

串联的限流电阻可以相应减小，从而提高电路的效率。

另外，串联后的总电流是一个

LED的电流，串联电容量最小，冲击电流最小，耐压也可以相应减小。

另外请注意：

不要把多个LED分组并联以后再串联，因为即使是同型号的LED其伏安特性差别也比较大

，把他们并联以后，电压低的LED电流大，电压高的LED电流小，通过它们的电流不均衡。

正确的做法

是把多个LED分组串联再串联限流电阻，然后再并联起来接入电源。

101是100PF还可以表示为0.1nf或0.0001UF

102就是1000PF

151---150PF---0.15nf---0.00015UF

561---560p

682---6800PF--6n2----0.0062UF

103---10000PF---10n---0.01UF

104---100000PF---100n---0.1UF

105---1000000PF---1000n---1UF

525---5200000PF---5200n---5.2UF

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,

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.          

  设计要求

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、可靠性高、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,