电容降压.docx

1、电容降压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

2、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

3、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。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34.5mA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

4、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

5、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。降压电容UF0.470.6811.52泄放电阻1M750K510K360K220K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Uc：根据负载要求，求出流过电容的电流Ic:求出容值: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

6、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

7、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

8、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220V AC 50HZ）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

9、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（METALLIZED POLYESTER FILM CAPACITOR）。2.限流电路：在合上电源的瞬间，有可

10、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300mA；输入电源220V AC/50HZ 市电。1）降压电容C1的选择：a. C1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:C11/2fU式中交流电源U值计算时取负10%，即：I=300

11、mA，U=220V*（-10%）=198V，f=50HZ,C10.3(2*3.14156*50*198)=4.82(µF)电容值只可取大，不可取小，本例电容C1取值5µF。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250V AC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/dt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/dt值与电容的耐压值有关，耐压越高，du/dt值越大，不同厂家产品du/dt值也有很大的差别，如耐压为250V

12、AC电容值为5µF的金属膜电容的du/dt值一般在330之间选择。在本例中：C15µF，du/dt值取3，则C1耐瞬间冲击电流值为：I=Cdu/dt5*315（A）2）限流电阻R1的选择：先求C1的容抗：Xc1/2fC1/(2*3.1416*50*0.000005)=636.36则复阻抗：|Z|638.3（R1取值为47）求得电流有效值为：I=U/|Z|=220/638.3344.7mA电阻实际承受的有效电压值：UR=344.7mA*47 16.2V求出电阻实际承受的功率：PR16.2V*344.7mA=5.58W（R1选用线绕电阻器，功率取7.5W）3）稳压分流电路：

13、稳压管ZD1和T1管E-B结，R3组成稳压电路，T1,R2组成分流电路。ZD1选用11.3V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0300mA内变化，T1选用2W的PNP管，电流放大倍数200；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24V DC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220V/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：C11/2fU=0.1

14、2(2*3.14156*50*198)=1.93（µF）C1的实际取值2µF。b.选择耐压值为250V AC的金属膜电容。c.瞬间冲击电流值为：ICdu/dt2*36（A）2）限流电阻R1的选择：电路的复阻抗：Xc=1/(2*3.14156*50*0.000002)=1.464K|Z|=1.467 K(R1取值100)求得电流有效值：IU/|Z|220/1.467150mA再求出电阻承受的有效电压值为：UR150mA100 15V求出电阻实际承受的功率：PR15V150mA2.25W（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

15、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DC 24V稳压即分流电路，T1、ZD3和R4组成DC 5V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、省去了电源变压器，对元器件的要求也不高，成本非常低，有力于降低电子设备的成本；3、电容降压电路是一个电流源，只需改变基准电压元件，就可得到很宽范围内的任一DC电压源；4、这种电路，输出DC电压与输入AC电源之间是不隔离的，因此，它用在不需隔离的电子设备中，如在一些控制、检测、分析电子装置中，在家用电器等电子设备中，特别是在小家电领域具有广泛的实用价值；5、金属膜电容的容量还不能做得很大，因此，这种电路通常用在小功率直流稳压电源的电子设备中。