阻容降压详细分析

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。 。 / * 6 9 1C U I U Z U jw C m A jw C     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 3－4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。 根据负载对电流的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 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： 0.45 ( )U U输出的直流 负载 半波整流 1.2 ( )U U输出的直流 负载 桥式整流 2 2220 C V U U  负载 根据负载要求，求出流过电容的电流 Ic: R D I I I负载＝ ( ) C I I负载＝0.5 半波整流 降压电容 UF 0.47 0.68 1 1.5 2 泄放电阻 1M 750K 510K 360K 220K ( ) C I I负载＝ 桥式整流 求出容值: 1 j w C I C C C U= Z ＝ 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 2 2/ C I U Z R  即可推出 Zc，进而推出电容的容值。 注意事项 软件开发合同注意事项软件销售合同注意事项电梯维保合同注意事项软件销售合同注意事项员工离职注意事项 ： （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 视频线规格配置磁共振要求常用水泵型号参数扭矩规格钢结构技术规格书 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: C1≥1/2лfU 式中交流电源 U值计算时取负 10%，即 ：I=300mA，U=220V*（-10%）=198V，f=50HZ, C1≥0.3(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 250VAC电容值为 5µF的金属膜电容的 du/dt值一般在 3－30 之间选择。 在本例中：C1＝5µF，du/dt值取 3，则 C1耐瞬间冲击电流值为： I=Cdu/dt＝5*3＝15（A） 2）限流电阻 R1的选择： 先求 C1的容抗： Xc＝1/2лfC＝1/(2*3.1416*50*0.000005)=636.36Ω 则复阻抗：|Z|＝638.3Ω （R1取值为 47Ω） 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*47Ω ＝16.2V 求出电阻实际承受的功率： PR＝16.2V*344.7mA=5.58W （R1选用线绕电阻器，功率取 7.5W） 3）稳压分流电路： 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 180Ω1/6W；T1管响应负载电流的大小变化，负 载电流可在 0－300mA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 30Ω/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： C1≥1/2лfU=0.12(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： I＝Cdu/dt＝2*3＝6（A） 2）限流电阻 R1的选择： 电路的复阻抗： Xc=1/(2*3.14156*50*0.000002)=1.464KΩ |Z|=1.467 KΩ (R1取值 100Ω) 求得电流有效值： I＝U/|Z|＝220/1.467＝150mA 再求出电阻承受的有效电压值为： UR＝150mA×100 ＝15V 求出电阻实际承受的功率： PR＝15V×150mA＝2.25W （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 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 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。