原创 电容降压电源原理

电容降压电源原理 <?XML:NAMESPACE PREFIX = O />

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。

    电容降压的工作原理并不复杂。他的工作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。例如，在50Hz的工频条件下，一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。当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70mA。虽然流过电容的电流有70mA，但在电容器上并不产生功耗，应为如果电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所作的功为无功功率。根据这个特点，我们如果在一个1uF的电容器上再串联一个阻性元件，则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。例如，我们将一个110V/8W的灯泡与一个1uF的电容串联，在接到220V/50Hz的交流电压上，灯泡被点亮，发出正常的亮度而不会被烧毁。因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V=72mA，它与1uF电容所产生的限流特性相吻合。同理，我们也可以将5W/65V的灯泡与1uF电容串联接到220V/50Hz的交流电上，灯泡同样会被点亮，而不会被烧毁。因为5W/65V的灯泡的工作电流也约为70mA。因此，电容降压实际上是利用容抗限流。而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。
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电容降压式简易电源的基本电路如图1 ，C1 为降压电容器，D2 为半波整流二极管，D1 在市电的负半周时给C1 提供放电回路，D3 是稳压二极管，R1 为关断电源后 C1 的电荷泄放电阻。在实际应用时常常采用的是图2 的所示的电路。当需要向负载提供较大的电流时，可采用图3 所示的桥式整流电路。
     这一类的电路通常用于低成本取得非隔离的小电流电源。它的输出电压通常可在几伏到三几十伏，取决于所使用的齐纳稳压管。所能提供的电流大小正比于限流电容容量。采用半波整流时，每微法电容可得到电流（平均值）为：（国际标准单位）
  I(AV)=0.44*V/Zc=0.44*220*2*Pi*f*C
       =0.44*220*2*3.14*50*C=<?XML:NAMESPACE PREFIX = ST1 />30000C
       =30000*0.000001=0.03A=30mA
如果采用全波整流可得到双倍的电流（平均值）为：
  I(AV)=0.89*V/Zc=0.89*220*2*Pi*f*C
       =0.89*220*2*3.14*50*C=60000C
       =60000*0.000001=0.06A=60mA
一般地，此类电路全波整流虽电流稍大，但是因为浮地，稳定性和安全性要比半波整流型更差，所以用的更少。
    使用这种电路时，需要注意以下事项：
    1、未和220V交流高压隔离，请注意安全，严防触电！
    2、限流电容须接于火线，耐压要足够大（大于400V），并加串防浪涌冲击兼保险电阻和并放电电阻。
    3、电路设计时，应先测定负载电流的准确值，然后参考示例来选择降压电容器的容量。因为通过降压电容 C1 向负载提供的电流 Io ，实际上是流过 C1 的充放电电流 Ic 。 C1 容量越大，容抗 Xc 越小，则流经 C1 的充、放电电流越大。当负载电流 Io 小于 C1 的充放电电流时，多余的电流就会流过稳压管，若稳压管的最大允许电流 Idmax 小于 Ic-Io 时易造成稳压管烧毁。
    4、为保证 C1 可靠工作，其耐压选择应大于两倍的电源电压。
    5、泄放电阻 R1 的选择必须保证在要求的时间内泄放掉 C1 上的电荷。