電容降壓電路原理詳解和案例

將交流市電轉換為低壓直流的常規方法是採用變壓器降壓後再整流濾波，當受體積和成本等因素的限制時，最簡單實用的方法就是採用電容降壓式電源。

一、 電路原理

電容降壓式簡易電源的基本電路如圖1，C1為降壓電容器，D2為半波整流二極體，D1在市電的負半周時給C1提供放電迴路，D3是穩壓二極體，R1為關斷電源後C1的電荷泄放電阻。在實際應用時常常採用的是圖2的所示的電路。當需要向負載提供較大的電流時，可採用圖3所示的橋式整流電路。整流後未經穩壓的直流電壓一般會高於30伏，並且會隨負載電流的變化發生很大的波動，這是因為此類電源內阻很大的緣故所致，故不適合大電流供電的應用場合。

二、器件選擇

1.電路設計時，應先測定負載電流的準確值，然後參考示例來選擇降壓電容器的容量。因為通過降壓電容C1向負載提供的電流Io，實際上是流過C1的充放電電流Ic。C1容量越大，容抗Xc越小，則流經C1的充、放電電流越大。當負載電流Io小於C1的充放電電流時，多餘的電流就會流過穩壓管，若穩壓管的最大允許電流Idmax小於Ic-Io時易造成穩壓管燒毀。

2.為保證C1可靠工作，其耐壓選擇應大於兩倍的電源電壓。

3.泄放電阻R1的選擇必須保證在要求的時間內泄放掉C1上的電荷。

三、設計舉例

圖2中，已知C1為0.33μF，交流輸入為220V/50Hz，求電路能供給負載的最大電流。

C1在電路中的容抗Xc為：

Xc=1 /（2 πf C）= 1/（2*3.14*50*0.33*10-6）= 9.65K

流過電容器C1的充電電流（Ic）為：

Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA。

通常降壓電容C1的容量C與負載電流Io的關係可近似認為：C=14.5 I，其中C的容量部門是μF，Io的部門是A。

電容降壓式電源是一種非隔離電源，在應用上要特別注意隔離，防止觸電

電容降壓電源原理和計算公式

這一類的電路通常用於低成本取得非隔離的小電流電源。它的輸出電壓通常可在幾伏到三幾十伏，取決於所使用

的齊納穩壓管。所能提供的電流大小正比於限流電容容量。採用半波整流時，每微法電容可得到電流（平均值）

為：（國際標準部門）

I(AV)=0.44*V/Zc=0.44*220*2*Pi*f*C

=0.44*220*2*3.14*50*C=30000C

=30000*0.000001=0.03A=30mA

如果採用全波整流可得到雙倍的電流（平均值）為：

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，此類電路全波整流雖電流稍大，但是因為浮地，穩定性和安全性要比半波整流型更差，所以用的更少。

使用這種電路時，需要注意以下事項：

1、未和220V交流高壓隔離，請注意安全，嚴防觸電！

2、限流電容須接於火線，耐壓要足夠大（大於400V），並加串防浪湧衝擊兼保險電阻和並放電電阻。

3、注意齊納管功耗，嚴禁齊納管斷開運行。

採用電容降壓電路是一種常見的小電流電源電路﹐由於其具有體積小﹑成本低﹑電流相對恆定等優點﹐也常應用

於LED的驅動電路中。

圖一為一個實際的採用電容降壓的LED驅動電路﹕請注意﹐大部分應用電路中沒有連接壓敏電阻或瞬變電壓抑製晶體管﹐建議連接上﹐因壓敏電阻或瞬變電壓抑製晶體管能在電壓突變瞬間( 如雷電﹑大用電設備起動等 )有效地將突變電流泄放﹐從而保護二級關和其它晶體管﹐它們的響應時間一般在微毫秒級 。

電路工作原理﹕

電容C1的作用為降壓和限流﹕大家都知道﹐電容的特性是通交流﹑隔直流﹐當電容連接於交流電路中時﹐其容抗計算公式為﹕

XC = 1/2πf C

式中﹐XC 表示電容的容抗﹑f 表示輸入交流電源的頻率﹑C 表示降壓電容的容量。

流過電容降壓電路的電流計算公式為﹕

I = U/XC

式中 I 表示流過電容的電流﹑U 表示電源電壓﹑XC 表示電容的容抗

在220V﹑50Hz的交流電路中﹐當負載電壓遠遠小於220V時﹐電流與電容的關係式為﹕

I = 69C 其中電容的部門為uF﹐電流的部門為mA

下表為在220V﹑50Hz的交流電路中﹐理論電流與實際測量電流的比較

電阻R1為泄放電阻﹐其作用為﹕當正弦波在最大峰值時刻被切斷時﹐電容C1上的殘存電荷無法釋放﹐會長久存在﹐在維修時如果人體接觸到C1的金屬部分﹐有強烈的觸電可能﹐而電阻R1的存在﹐能將殘存的電荷泄放掉﹐從而保證人﹑機安全。泄放電阻的阻值與電容的大小有關﹐一般電容的容量越大﹐殘存的電荷就越多﹐泄放電阻就阻值就要選小些。經驗數據如下表﹐供設計時參考﹕

D1 ~ D4的作用是整流﹐其作用是將交流電整流為脈動直流電壓。

C2﹑C3的作用為濾波﹐其作用是將整流後的脈動直流電壓濾波成平穩直流電壓

壓敏電阻( 或瞬變電壓抑製晶體管 )的作用是將輸入電源中瞬間的脈衝高壓電壓對地泄放掉﹐從而保護LED不被瞬間高壓擊穿。

LED串聯的數量視其正嚮導通電壓( Vf )而定﹐在220V AC電路中﹐最多可以達到80個左右。組件選擇﹕電容的耐壓一般要求大於輸入電源電壓的峰值﹐在220V,50Hz的交流電路中時﹐可以選擇耐壓為400伏以上的滌綸電容或紙介質電容。

D1 ~D4 可以選擇IN4007。

濾波電容C2﹑C3的耐壓根據負載電壓而定﹐一般為負載電壓的1.2倍。其電容容量視負載電流的大小而定。

下列電路圖為其它形式的電容降壓驅動電路﹐供設計時參考﹕

在圖 二 電路中﹐可控矽SCR及R3組成保護電路﹐當流過LED的電流大於設定值時﹐SCR導通一定的角度﹐從而對電路電流進行分流﹐使LED工作於恆流狀態﹐從而避免LED因瞬間高壓而損壞。

在圖三電路中﹐C1﹑R1﹑壓敏電阻﹑L1﹑R2組成電源初級濾波電路﹐能將輸入瞬間高壓濾除﹐C2﹑R2組成降壓電路﹐C3﹑C4﹑L2﹑及壓敏電阻組成整流後的濾波電路。此電路採用雙重濾波電路﹐能有效地保護LED不被瞬間高壓擊穿損壞。

圖四 是一個最簡單的電容降壓應用電路﹐電路中利用兩隻反並聯的LED對降壓後的交流電壓進行整流﹐可以廣泛應用於夜光燈﹑按鈕指示燈﹐要求不高的位置指示燈等場合。

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