电容降压电路原理及注意事项

用电容器降压制作电源时，必须注意以下几点： （1） 经电容器降压后，必须如图 2 所示经整流、滤波及稳压二极管稳压后，才能获得 电压稳定的电源（注：整流电路也可用半波整流）。 （2） 电容器耐压最好在 630V 以上，并应用无极性的电容器，有极性电容器不能用。 （3） 在电容器两端并联 500K-1M 的泄放电阻。 （4） 若需要加电源开关，为防止浪涌电流对负载 RL 并联，如图 3 所示。 （5） 在组装调试过程中要用 1:1 隔离变压器接入 AC220V 电路中，以防触电。
电容降压直流供电电路图
电容降压式电源中电容器的选用及注意事项
在常用的低压电源中，用电容器降压（实际是电容限流）与用变压器相比，电容降压的 电源体积小、经济、可靠、效率高，缺点是不如变压器变压的电源安全。通过电容器把交流 电引入负载中，对地有 220V 电压，人易触电，但若用在不需人体接触的电路内部电路电 源中， 本弱点也可克服。 如冰箱电子温控器或遥控电源的开╱关等电源都是用电容器降压而 制作的。 相对于电阻降压， 对于频率较低的 50Hz 交流电而言， 在电容器上产生的热能损耗很小， 所以电容器降压更优于电阻降压。 通过电容器电流的大小，受该电容器容抗 Xc＝1╱（2πfC），Xc 的单位是欧姆；交流 电频率 f 的单位是赫兹；电容器 C 的单位是法拉。
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﹐由于其具有体积小﹑成本低﹑电流 相对恒定等优点﹐也常应用于 LED 的驱动电路中。 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 。
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 220V，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。 电容降压稳压电源电路图
电容降压电路原理及注意事项
之所以电容降压电路在一些廉价电器中见到， 就是因为这种电路相对于变压器降压和开 关电源供电方式成本要低廉得多。可以说成本低廉是这种降压供电方式的唯一优点;它的缺 点很多，比如输出电流小、电压随负载变化波动大、由于与市电直通，非常不安全等，因此 这种降压方式应用范围有限，只能用在输出电流很小，并且人不易触摸到的场合。 电容降压的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， 即通过限流后终端负载拉低了输出电压， 电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器 与负载两端电压的角色。例如，我国的市电是 220V/50Hz ，一只 1μF 的电容容抗约为 Xc=(2mfC)=1/(2×3.14×50x1×10-6)=3180Ω。将 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 IC=U÷Xc=220÷3180=70mA。知道了这个计算方法，就可以根据用电器的工 作电流来选择电容值了。 采用电容降压时应注意： (1)、 降压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。 (2)、电容降压不适合动态负载，也不适合容性和感性负载。 (3)、当需要直流工作时，尽量采用半波整流，最好接一个合适的稳压管。 (4)、因为未和 220V 市电隔离，要注意安全，严防触电! (5)、维修电容降压的电器时不能随意更改电容值。
电路工作原理﹕ 电容 C1 的作用为降压和限流﹕大家都知道﹐电容的特性是通交流﹑隔直流﹐பைடு நூலகம்电容连 接于交流电路中时﹐其容抗计算公式为﹕
XC = 1/2πf C 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 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 220V AC 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。
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。
电路的原理分析： 电容 C1 的容量如果增大一倍,输出电流可以增加近一倍,但不能太大. 输出纹波较大,可以在后边再接 7805/317 等模拟稳压器. 改变 R3 的值,可以改变输出电压. 所标输出电流为最大输出电流. 双向可控硅 B1 为采用 1A 的即可. 该电源可以短路. 如果 能保证电容 C1 接在火线上,可以用手摸,本来这个电源是给人不接触的小电器提供的,只要 无极性电容 C1 耐压够,长期使用没问题,从原理上讲,这是一个输入电压为 220V 的并联稳压 电路,电压降在 C1 上,如果输出电流要大,可以增大 C1 的容量,我曾经增大到 2UF,可以正常 使用.也试验过 4UF,在拔插插头时,火花太大,就没再使用. 我用的是图 1,可控硅和 431 都没 损坏,实际上由于 E1 是 C1 的 470 倍,即使在接通的瞬间是交流的峰值 300 多伏,在 E1 上 也 不 会 有 高 压 . 功率 很好 计 算 ,1UF 的 电 容 , 对 50HZ 的 容抗 是 3.15k, 输 出 电 流 估 算:200V/3000 欧姆,电流约 60MA,如果半波整流,电流只有一半.约 30MA .分析的非常详 细。
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。
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。
当将不同容量的电容器 C（如图 1 所示），接入 AC220V 50Hz 的交流电路时，其 C 的容抗及其所能通过的电流如附表所列。该电流即电容器 C 所能提供的最大电流值。 电容量 （uF） 0.33 容抗（kΩ） 9.7 电流（mA） 23 0.39 8.2 27 0.47 6.8 32 0.56 5.7 39 0.68 4.7 47 0.82 3.9 56 1.0 3.2 69 1.2 2.7 81 1.5 2.1 105 1.8 1.8 122 2.2 1.4 157 2.7 1.2 183