标签: 电容降压浅谈

  qzlbwang 这个帖子的目的： 1、帮助初学者正确理解电容降压问题。消除某些容易产生的误区。 2、让其达到“知其然，知其所以然”的目的。 3、学会正确进行估算和进行比较精确的计算方法。 4、提醒使用过程中的细节问题。 希望对初学者有所帮助。错误之处也欢迎大家拍砖。   电容降压（包括阻容降压）电路属于串联阻抗降压电路。原理上与串联电阻降压类似。但是由于主要是依靠串联电容的容抗进行降压的，所以有功功率损耗非常微小（理想的电容理论上的有功损耗等于0）。对供电端来说只是额外增加了容性的无功电流而已。 先来看最简单的：     假定负载是纯电阻性的。我们用电阻R来替代。那么串联电容降压实际上就是一个电阻电容串联电路。实际应用时大多数情况下我们需要得到一个比较低的输出电压，那么其串联的降压电容的容抗就远远大于电阻R。如下图：   从上述公式中我们可以看出：                        1、电流与输入交流电压成正比。                        2、电流与RC串联的阻抗成反比。                        3、对于容抗Xc远大于电阻R的情况下，电阻R的变化对电流的影响比较小。（R的变化造成的阻抗Z的变化比较小）                        4、输出电压与电流成正比，与电阻也成正比。 我们是否可以得出这样的结论（XcR的情况下，下同）：                                           1、电流（输入、输出）相对于输入电压的变化来说是成正比的关系。（并非恒流或近似恒流）                        2、电流相对于负载电阻的变化来说是近似恒流关系。R的变化对电流的影响比较小。                        3、输出电压正比于电阻R和输入交流电压，反比于阻抗Z（近似反比于容抗Xc，或者说近似正比于电容量C）。   http://www.crystalradio.cn/data/attachment/forum/201210/24/1646111n1nhu8z5hzh8urb.jpg http://www.crystalradio.cn/data/attachment/forum/201210/25/090304j4s2rr7jt9wv7iwz.jpg 这张表是在电源频率为50Hz、电压为220V的情况下作出的。 如果输入电压不是220V，那么其电流和输出电压都需要乘以(Ui/220)这个系数。比如说380V输入时，就需要乘以1.73。 输出有桥式整流的情况：   忽略整流桥正向压降的影响（影响很小），那么计算和上面类似，只不过对于直流来说，一般都用平均值来度量。而全部整流的平均值是其有效值的0.9倍。 style='word-wrap: break-word;orphans: auto;text-align:start;widows: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px;word-spacing:0px' alt=rcjy.jpg aid=1920632 zoomfile="data/attachment/forum/201210/25/090917zv3zasx0tdx8d10j.jpg" file="data/attachment/forum/201210/25/090917zv3zasx0tdx8d10j.jpg" class=zoom onclick="zoom(this, this.src, 0, 0, 0)" inpost=1 title=rcjy.jpg onmouseover="showMenu({'ctrlid':this.id,'pos':'12'})" lazyloaded=true _load=1 initialized=true v:shapes="aimg_1920632"  由于有滤波电容的存在，过零点附近滤波电容上仍然有一定的电压，那么就会在这附近无电源电流流过，也就是说电流的导通角要减少。所以其输出电流要比没有此电容时要略小。偏小的程度和电容上的残留电压有关，也即和该电容的大小有关。那么到底影响有多大呢？我们不妨假设极限的情况看看： 假定该滤波电容足够大，使得其上的电压保持不变。由于这时候输入电流已经不是完整的正弦波，我们不能用前面的阻抗进行计算。我们就另辟蹊径： 1、输入的交流电压的峰值是1.414倍的有效值。用Up表示。 2、滤波电容上的电压（也就是输出电压）是Ud。 3、降压电容（C1）上的峰值电压是±(Up-Ud), 4、在一个周期内，降压电容上的电压的变化达2（Up-Ud）。其吞吐的电荷为Q=C1*4(Up-Ud) 5、那么其电流的平均值为:                     Id=Q/t=C1*4(Up-Ud)/T                    式中：Id是电流平均值，单位是mA                                      C1是降压电容的容量，单位是μF                                      Up是电源电压的峰值，单位是V                                      Ud是输出直流电压，单位是V                                      T是交流电源的周期，单位是ms                                       对于输入电压50Hz，电压220V来说：                     Id=C1(311.1-Ud)/5   对比以上数据可以看出，加了滤波电容后输出电流略有下降。实际的情况在两者之间（因为滤波电容容量不可能达到理想情况），其容量越大，输出纹波越小，越接近本表的情况。 降压电容的估算：（对应于220V50Hz的输入电压） 1、对于交流输出的场合：C=I/(66～69) 2、对于无滤波电容的桥式整流场合：C=Id/(59～62) 3、对于有足够大滤波电容的桥式整流的场合：C=Id/(50～61)       其中：C为降压电容的容量，单位μF                I为交流电流的有效值，单位mA                Id为直流电流的平均值，单位mA      其分母的系数，输出电压较高的取较小的数值，反之取较大的数值。（60V左右取最小值，5V及以下取最大值） 比较精确的计算：（足够大滤波电容的情况）           C=Id×5/(311-Ud)       符号的意义及单位与上述相同。对于交流输出和直流侧无滤波电容的情况按顶楼的公式进行计算（公式经适当变形），此处略。 滤波电容的近似计算： 滤波电容大小按对输出电压纹波的大小来选择，假如其纹波的峰-峰值为Up-p=Udmax  - Udmin,电容放电时间按6ms进行估算，则：C≥Id×6/Up-p    稳压问题： 由于电容降压电路对负载来说属于“近似恒流”特性，而往往负载大多数情况下是个电流在一定的范围内变动的，这就造成了负载上的电压会发生大幅度的变动，从而影响负载的工作。所以一般来说在这种情况下必须增设稳压电路，值得引起重视的是，对于具有类似“恒流特性”的电源，其稳压电路必须用“并联稳压”电路。而不能用“串联稳压”电路来进行稳压工作，比如说不能用常用的“三端稳压”对电容降压电路的输出直接进行稳压工作。“并联稳压”是利用并联分流的原理来进行稳压的，为负载使用不了的电流提供另一条电流通路，也就是采用“疏通”的办法来进行稳压工作，而不是采用“串联稳压”的“堵”的办法来进行稳压工作。如下图所示： style='word-wrap: break-word;orphans: auto;text-align:start;widows: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px;word-spacing:0px' alt=rcjy.jpg aid=1922401 zoomfile="data/attachment/forum/201210/25/193522bdl3zpuwvflzbybf.jpg" file="data/attachment/forum/201210/25/193522bdl3zpuwvflzbybf.jpg" class=zoom onclick="zoom(this, this.src, 0, 0, 0)" inpost=1 title=rcjy.jpg onmouseover="showMenu({'ctrlid':this.id,'pos':'12'})" lazyloaded=true _load=1 initialized=true v:shapes="aimg_1922401"  下图这种方法是错误的： style='word-wrap: break-word;orphans: auto;text-align:start;widows: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px;word-spacing:0px' alt=rcjy1.jpg aid=1922402 zoomfile="data/attachment/forum/201210/25/193618j7f7zh6jmqqyfmmz.jpg" file="data/attachment/forum/201210/25/193618j7f7zh6jmqqyfmmz.jpg" class=zoom onclick="zoom(this, this.src, 0, 0, 0)" inpost=1 title=rcjy1.jpg onmouseover="showMenu({'ctrlid':this.id,'pos':'12'})" lazyloaded=true _load=1 initialized=true v:shapes="aimg_1922402" 对于并联稳压电路，电容降压电路提供的输出电流必须不小于最大的负载电流，实际设计时是略大于负载的最大电流。而稳压管最大承受的最大工作电流发生在负载电流最小时，这时候电源的输出电流与负载的最小电流间的差值部分都由稳压管分流，所以选择稳压管时必须的最大工作电流不小于这个电流的差值。对于某些场合，若没有最大工作电流比较大的稳压管时可以用足够功率的三极管进行“扩流”，如下图所示： style='word-wrap: break-word;orphans: auto;text-align:start;widows: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px;word-spacing:0px' alt=rcjy.jpg aid=1922482 zoomfile="data/attachment/forum/201210/25/194737aevxv1iaqdrqiee9.jpg" file="data/attachment/forum/201210/25/194737aevxv1iaqdrqiee9.jpg" class=zoom onclick="zoom(this, this.src, 0, 0, 0)" inpost=1 title=rcjy.jpg onmouseover="showMenu({'ctrlid':this.id,'pos':'12'})" lazyloaded=true _load=1 initialized=true v:shapes="aimg_1922482" 某些时候，为了得到比较好的稳压效果，在并联稳压之后再采用串联稳压是允许的，因为经过并联稳压，其电源特性已经从类似恒流特性转变为恒压特性，这时候再采用串联稳压电路就合理了。如下图所示： style='word-wrap: break-word;orphans: auto;text-align:start;widows: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px;word-spacing:0px' alt=rcjy1.jpg aid=1922500 zoomfile="data/attachment/forum/201210/25/195423cs0hx0ccgb0vv6ci.jpg" file="data/attachment/forum/201210/25/195423cs0hx0ccgb0vv6ci.jpg" class=zoom onclick="zoom(this, this.src, 0, 0, 0)" inpost=1 title=rcjy1.jpg onmouseover="showMenu({'ctrlid':this.id,'pos':'12'})" lazyloaded=true _load=1 initialized=true v:shapes="aimg_1922500" 安全问题： 电容降压电路由于输出和输入存在着电的联系（不象变压器降压那样是通过磁的联系而隔离了电的联系），所以其输出的对地电位和输入密切相关。正常情况下，如果相线L（俗称“火线”）接入降压电容而中性线N（俗称“零线”）接入另一端，那么输出对地的电位不高，但如果反过来，则输出对地电位就接近相线对地电压，如果人碰触将是非常危险的。现实中要保证降压电容端都是接在相线端并不是一件容易的事，或多或少都存在着接反的概率。何况，即便是保证了接线方向的正确性，但在非正常的情况下（比如说“零线”开路的情况），输出端仍然有带危险电位的的可能性。所以 应用电容降压的场合应该保证其所有的部分都是在通电的情况下人碰触不到的！这非常重要，因为牵涉到人的生命，应该引起足够的重视！ 降压电容的残留电荷问题： 电容是储能器件，所以在使用后其降压电容上有可能还储存有足够的电荷，两端尚有较高的电压，人若碰触到会对人造成“电击”，所以需要提高其电荷释放回路。也就是在降压电容两端并联上一个高阻值的电阻。这个电阻的选择，一般选其和降压电容的时间常数在0.5秒---2秒之间。比如说对于1μF电容选用500K---2M的电阻。电阻太小易使得正常工作时电阻上的发热功率偏大，一来影响效率，二来发热的温度升高也对可靠性有所影响。 上电瞬间的冲击问题： 上电瞬间时大多数情况下降压电容上的电压和电网该时刻的电压瞬时值并不会相等，由于电容两端的电压不能突变，那么理论上该瞬间的电流为无穷大（假定回路电阻等于0的情况），实际上由于回路的电阻影响，该电流是一个比较大的有限值。由于该冲击电流的存在，会使得：1、输出端在该瞬间将出现冲击高电压（对于无输出滤波电容的情况，最严重的极端情况下接近于2倍的电源电压峰值）。2、该冲击电流幅值比较大（虽然时间很短促）但也有可能对降压电容本身和其他元件造成冲击，而影响其寿命和可靠性。下面针对输出端是否有滤波电容分别进行分析。     无滤波电容的情况：     输出端的冲击电压比较大（无其他措施限制时），解决的办法：1、输出端限制电压：比如说采用TVS瞬态吸收二极管（或采用压敏电阻，但压敏电阻的速度没有TVS快）进行限幅。2、限制冲击电流：在降压电容上串联一个小阻值的电阻，以限制冲击电流的峰值。这个电阻一般选取阻值为负载电阻的几十到一两百分之一。阻值太小限制的效果不明显，阻值太大的话效率太低。也可以在直流侧采用串联电感的方式来限制冲击电流。     输出端有滤波电容的情况： 这种情况比无滤波电容的情况要好些，其输出端冲击电压只有无滤波电容的C1/C2倍。（C1是降压电容，C2是滤波电容）。一般来说滤波电容的容量要比降压电容大几十到几百倍，也就是说冲击电压值有无滤波电容时候的几十到几百分之一。所以输出冲击电压一般不大，但冲击电流仍然很大。所以同样要串联个小电阻或电感来限制冲击电流。如果输出端有并联稳压电路，那么就更进一步限制了输出冲击电压。 最后要说明的一点是电容降压只适合于小电流小功率的且安全防护措施有保证的场合。否则的话从经济性来看已经没有什么优势，何况还存在着安全防护要求高，有上电冲击等缺点。 （全文完，谢谢围观！本贴希望给予初学者有所帮助，由于水平所限，且也没打草稿，只是想到哪就直接打字说，比较乱。还望海涵。不对之处欢迎大侠们拍砖，遗漏之处也欢迎补充！再次谢谢大家！） 链接个计算软件： http://www.crystalradio.cn/thread-374437-1-1.html