電容降壓 - jarvise－IT工程師數位筆記本

文章出處

基本原理：
電容降壓主要是用在直流穩壓電源電路里。直流穩壓電源電路的大致結構是：

市電——變壓（降壓）——整流——濾波——穩壓——直流輸出

變壓，主要是降壓，一般使用變壓器來完成。但是變壓器體積較大，成本也較高，如果電路簡單，例如聲光控制開關，那么加一個變壓器就顯得大材小用。這個時候用一個電容，就可以解決降壓的問題，簡化電路，節約成本。基本電路如圖

市電經過C1降壓后到D2，D2完成半波整流，C2對整流后的脈動直流濾波，D3穩壓，輸出穩定的直流電壓給負載。R1是電源關閉后C1的電荷泄放電阻。D1是為了在市電的負半周給C1提供充放電通路。因為要保證C1在整個交流電周期內都是工作的。

如果將C1后面的電路都看作負載的話，那么相當于C1和一個電阻串聯在市電通路里，電容和電阻在交流下都是有阻抗的，串聯分壓，自然負載上的電壓就小了。這樣理解也對。但是更準確的理解應該是：C1起到了限流的作用，它決定了電路中的最大電流，當負載一定的情況下，C1也就決定了負載上可以得到的電壓，最終起到了降壓的作用。
例如：圖1中如果負載短路，220V交流電全部加在C1上，電路中的電流等于C1的充放電電流。

這個電流也就是電路中的最大電流。這里取得都是有效值。

當加上負載后，如果輸出直流電壓比較低（穩壓管決定），則可以近似認為全部電壓都加在電容上。由于是半波整流，所以電容C1后面的電路只能得到C1半個周期的充放電電流，也就是有效值的一半，大約34.5mA左右。由于負載上有電壓，所以實際電流要小一點，大約30mA。當負載需要的電流不超過30mA時，電路就可以正常工作，電容也就起到了類似變壓器的作用——降壓。
對于橋式整流，C1后面的電路能得到C1整個周期的充放電電流，大約60mA。

參數計算:
電容降壓電路主要應用在負載電流較小，負載確定且固定的場合。因為由電容降壓電路組成的穩壓電源穩壓能力十分有限，并且對電網有一定的影響。
較為嚴謹的計算，主要涉及三個元件的參數：降壓電容，穩壓二極管，泄放電阻。濾波電容用幾百UF，耐壓值取輸出直流電壓的3－4倍即可。整流二極管用1N4007就行。在應用穩壓二極管穩壓時，一般是有一個限流電阻與之一起工作，在這里降壓電容已經限制了最大電流，所以可以不用限流電阻。
首先根據負載所需要的電流和穩壓管正常工作的反向電流，確定電路所需要的總電流。然后用電容上的電壓除以總電流，得到相應的容抗。最后選擇容值最接近的電容。容值小，提供不了足夠的電流，容值大，穩壓管分擔的電流多，功耗大。
選擇的穩壓管最大反向電流要大于總電流，這樣當負載斷開時，穩壓管才不至于燒壞。
泄放電阻，主要是為了在較短時間內釋放掉電容上的電荷，這里有一個時間常數的計算，一般按下表取就可以了。

根據負載對電流的要求和輸出的直流電壓，降壓電容計算步驟如下，負載指的是降壓電容以外的電路。
根據輸出電壓要求，求電容壓降Uc：

根據負載要求，求出流過電容的電流Ic:

求出容值:

當輸出直流電壓較小時（這是電容降壓電路主要的應用領域），可以近似認為全部交流的電壓加在電容上。計算過程如基本原理所述，整流電路是半波整流時，1UF的電容最大可以提供約30mA的電流，整流電路是橋式整流時，1UF的電容最大可以提供約60mA的電流。
有的時候電容降壓用在純交流電路中，由電容降壓得到一個低于220V的交流電壓。根據負載的電阻和所需電流的大小，由

即可推出Zc，進而推出電容的容值。
注意事項：
（1）電容降壓是一種低成本，不安全的應用，沒有和220V隔離，電路應該放在一般接觸不到的地方；
（2）不能應用在大功率場合，不能用在負載變化或者不確定的場合；（3）降壓電容一般要接在火線上（純交流電路除外），電路的零，火線不能接反，這一點可以用三腳插頭來強制，或者標注清楚；
（4）降壓電容必須是無極性電容，耐壓值要大于400V（常用金屬膜CBB）；（5）主要根據負載的電流大小和交流電頻率來選擇電容；（6）需要直流輸出，穩壓管一定要有；
（7）需要直流輸出，建議用半波整流，橋式整流后是需地，不安全；（8）需要直流輸出，負載一定要固定。
（9）橋式整流給人的印象往往是輸入端可以隨便接，零線和火線可以任意接，當輸入端的零線和火線接反的時候，直流端的參考點通過二極管，電容，接到火線，會有電。當采用半波整流時，我們可以保證交直流端的參考點都接到交流端的零線上，同時在與交流點連接時注意零線和火險的連接方向，可以保證相對安全一些。當然，這也只是權宜之計。只要降壓電容接在火線上，直流電

壓在安全電壓范圍內，無論半波還是橋式都是安全。盡管如此，電容降壓還是不提倡用在安全要求較高的地方，因為只要總零線有松脫，或零火調轉，都是不安全的。同時，對電網有干擾。
題外話，為什么不用電容電感或者電阻？
電阻降壓是有的，但是比較少，應用場合和電容降壓一樣，但是電阻消耗的是有功功率，功耗大。電感降壓？原理上和電容一樣，但是估計精確的電感不好做，沒有電容容易得到，所以沒有用電感的。
(10)橋式整流后，穩壓管負端與零線之間的電位差也不會超過+/-0.7V。不過，據說這種電路帶來的電源干擾很大。
(11)C1起到了限流的作用，它決定了電路中的最大電流，當負載一定的情況下，C1也就決定了負載上可以得到的電壓，最終起到了降壓的作用。所以負載不能變,電容降壓做出來的不是穩壓電源。