電容降壓原理之我見(jiàn)
最近見(jiàn)到幾張用電容降壓做電源的電路圖，隨即對(duì)這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，成本低廉,，占用空間小的電路產(chǎn)生了興趣,。上網(wǎng)查了查資料，發(fā)現(xiàn)這算是一個(gè)比較古老的技術(shù),，但是如此運(yùn)用電容,，確實(shí)是很巧妙。網(wǎng)上關(guān)于這方面的交流也不少,，但是大多是轉(zhuǎn)載的,，主要有兩個(gè)版本，出處已經(jīng)無(wú)從考證,，但是很少有較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算,。筆者查閱了一些資料，在此對(duì)其原理和參數(shù)的計(jì)算作一些總結(jié),，不當(dāng)之處,，還請(qǐng)指教。
基本原理：
電容降壓主要是用在直流穩(wěn)壓電源電路里,。直流穩(wěn)壓電源電路的大致結(jié)構(gòu)是：
市電——變壓（降壓）——整流——濾波——穩(wěn)壓——直流輸出
第一個(gè)環(huán)節(jié),，也就是變壓，主要是降壓,，一般使用變壓器來(lái)完成,。但是變壓器體積較大，成本也較高,，如果電路簡(jiǎn)單,，例如聲光控制開(kāi)關(guān)，那么加一個(gè)變壓器就顯得大材小用,。這個(gè)時(shí)候用一個(gè)電容,，就可以解決降壓的問(wèn)題，簡(jiǎn)化電路,，節(jié)約成本,。基本電路如圖1：
圖1半波整流
市電經(jīng)過(guò)C1降壓后到D2,，D2完成半波整流,，C2對(duì)整流后的脈動(dòng)直流濾波，D3穩(wěn)壓,，輸出穩(wěn)定的直流電壓給負(fù)載,。R1是電源關(guān)閉后C1的電荷泄放電阻。D1是為了在市電的負(fù)半周給C1提供充放電通路,。因?yàn)橐ＷCC1在整個(gè)交流電周期內(nèi)都是工作的,。
如果將C1后面的電路都看作負(fù)載的話，那么相當(dāng)于C1和一個(gè)電阻串聯(lián)在市電通路里,，電容和電阻在交流下都是有阻抗的,，串聯(lián)分壓,，自然負(fù)載上的電壓就小了。這樣理解也對(duì),。但是更準(zhǔn)確的理解應(yīng)該是：C1起到了限流的作用,，它決定了電路中的最大電流，當(dāng)負(fù)載一定的情況下,，C1也就決定了負(fù)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(fù)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(gè)電流也就是電路中的最大電流,。這里取得都是有效值。
當(dāng)加上負(fù)載后,，如果輸出直流電壓比較低（穩(wěn)壓管決定）,，則可以近似認(rèn)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(gè)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(fù)載上有電壓,，所以實(shí)際電流要小一點(diǎn)，大約30mA,。當(dāng)負(fù)載需要的電流不超過(guò)30mA時(shí),，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(duì)于橋式整流,，C1后面的電路能得到C1整個(gè)周期的充放電電流，大約60mA,。
圖2 全波整流
參數(shù)計(jì)算:
電容降壓電路主要應(yīng)用在負(fù)載電流較小,，負(fù)載確定且固定的場(chǎng)合。因?yàn)橛呻娙萁祲弘娐方M成的穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓能力十分有限,，并且對(duì)電網(wǎng)有一定的影響,。
較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算，主要涉及三個(gè)元件的參數(shù)：降壓電容,，穩(wěn)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(yīng)用穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)，一般是有一個(gè)限流電阻與之一起工作,，在這里降壓電容已經(jīng)限制了最大電流,，所以可以不用限流電阻。
首先根據(jù)負(fù)載所需要的電流和穩(wěn)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(yīng)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(wěn)壓管分擔(dān)的電流多，功耗大,。
選擇的穩(wěn)壓管最大反向電流要大于總電流,，這樣當(dāng)負(fù)載斷開(kāi)時(shí)，穩(wěn)壓管才不至于燒壞,。
泄放電阻,，主要是為了在較短時(shí)間內(nèi)釋放掉電容上的電荷，這里有一個(gè)時(shí)間常數(shù)的計(jì)算,，一般按下表取就可以了,。
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降壓電容UF
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0.47
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0.68
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1
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1.5
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2
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泄放電阻
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1M
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750K
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510K
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360K
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220K
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根據(jù)負(fù)載對(duì)電流的要求和輸出的直流電壓，降壓電容計(jì)算步驟如下,，負(fù)載指的是降壓電容以外的電路,。
根據(jù)輸出電壓要求，求電容壓降Uc：
根據(jù)負(fù)載要求,，求出流過(guò)電容的電流Ic:
求出容值:
當(dāng)輸出直流電壓較小時(shí)（這是電容降壓電路主要的應(yīng)用領(lǐng)域）,，可以近似認(rèn)為全部交流的電壓加在電容上。計(jì)算過(guò)程如基本原理所述,，整流電路是半波整流時(shí),，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(shí),，1UF的電容最大可以提供約60mA的電流,。
有的時(shí)候電容降壓用在純交流電路中，由電容降壓得到一個(gè)低于220V的交流電壓,。根據(jù)負(fù)載的電阻和所需電流的大小,，由
即可推出Zc，進(jìn)而推出電容的容值,。
注意事項(xiàng)：
（1）電容降壓是一種低成本,，不安全的應(yīng)用,，沒(méi)有和220V隔離，電路應(yīng)該放在一般接觸不到的地方,；
（2）不能應(yīng)用在大功率場(chǎng)合,，不能用在負(fù)載變化或者不確定的場(chǎng)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(diǎn)可以用三腳插頭來(lái)強(qiáng)制,，或者標(biāo)注清楚,；
（4）降壓電容必須是無(wú)極性電容，耐壓值要大于400V（常用金屬膜CBB）,；
（5）主要根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電頻率來(lái)選擇電容,；
（6）需要直流輸出，穩(wěn)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(fù)載一定要固定,。
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(yīng)用場(chǎng)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(jì)精確的電感不好做，沒(méi)有電容容易得到,，所以沒(méi)有用電感的,。
