【導(dǎo)讀】從網(wǎng)上看到很多人在尋求電容降壓電路的計算方法。實際上用電路仿真軟件一下子就可以推理出電容降壓電路的計算方法。以下面的為例，說一下怎么計算電容降壓電路。
例：在上圖中已知電源v1的電壓為220v頻率為50HZ，求OUT端輸出電壓為17V，電流I為2mA時，降壓電容C1的值為多少？
【解題猜想】從電路圖中可以看出好像是一個電容和電阻串聯(lián)的電容，先試試用電源電壓V1減去17V得到電容兩端的電壓，得到電容兩端的電壓后除以電流，然后再根據(jù)電容的容抗計算方法得出電容的容量。
仿真波形如下：猜想正確。
實際實驗：一通電，電阻就冒煙了，可見這個電路不實用。
試一試改進(jìn)的電路，圖中的電路多加了電阻R2
電路的計算方法：只不過是多了個并聯(lián)電阻，10150是電容C1和R2的并聯(lián)總阻值。再按照并聯(lián)電路的原理就可以得出電容的容量（這里省略，如不懂，請到振德小學(xué)進(jìn)修兩年）。得到的仿真結(jié)果也和猜想的結(jié)果一樣。實際實驗：電壓不穩(wěn)定。電阻不會再冒煙，再進(jìn)行電路改進(jìn)。結(jié)果如下：
通過不斷的改變C1，R1的值，得到OUT端的電壓等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。電流取值于R1的值（通過實驗得到）。實際實驗時，此電路較以前的電路安全穩(wěn)定。當(dāng)然由于輸出的電壓等于穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值，所以此電路還可以用來測量未知穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。
下面的電路最好不要用。
電容降壓式電源原理及電路
將交流市電轉(zhuǎn)換為低壓直流的常規(guī)方法是采用變壓器降壓后再整流濾波，當(dāng)受體積和成本等因素的限制時，最簡單實用的方法就是采用電容降壓式電源。
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為半波整流二極管，D1在市電的負(fù)半周時給C1提供放電回路，D3是穩(wěn)壓二極管，R1為關(guān)斷電源后C1的電荷泄放電阻。在實際應(yīng)用時常常采用的是圖2的所示的電路。當(dāng)需要向負(fù)載提供較大的電流時，可采用圖3所示的橋式整流電路。
整流后未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓一般會高于30伏，并且會隨負(fù)載電流的變化發(fā)生很大的波動，這是因為此類電源內(nèi)阻很大的緣故所致，故不適合大電流供電的應(yīng)用場合。
二、器件選擇
1.電路設(shè)計時，應(yīng)先測定負(fù)載電流的準(zhǔn)確值，然后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(fù)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(jīng)C1的充、放電電流越大。當(dāng)負(fù)載電流Io小于C1的充放電電流時，多余的電流就會流過穩(wěn)壓管，若穩(wěn)壓管的最大允許電流Idmax小于Ic-Io時易造成穩(wěn)壓管燒毀。
2.為保證C1可靠工作，其耐壓選擇應(yīng)大于兩倍的電源電壓。
3.泄放電阻R1的選擇必須保證在要求的時間內(nèi)泄放掉C1上的電荷。
三、設(shè)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(fù)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(fù)載電流Io的關(guān)系可近似認(rèn)為：C=14.5 I，其中C的容量單位是μF，Io的單位是A。
電容降壓式電源是一種非隔離電源，在應(yīng)用上要特別注意隔離，防止觸電。
電容降壓電路的特點及元器件選擇
在電子制作時，為了減小體積、降低成本，往往采用電容降壓的方法代替笨重的電源變壓器。采用電容降壓方法如元器件選擇不當(dāng)，不但達(dá)不到降壓要求，還有可能造成電路損壞。本文從實際應(yīng)用角度，介紹電容降壓元器件應(yīng)如何進(jìn)行正確選擇。
最簡單的電容降壓直流供電電路及其等效電路如圖1，C1為降壓電容，一般為0.33~3.3uF。假設(shè)C1=2uF，其容抗XCL=1/(2PI*fC1)=1592。由于整流管的導(dǎo)通電阻只有幾歐姆，穩(wěn)壓管VS的動態(tài)電阻為10歐姆左右，限流電阻R1及負(fù)載電阻RL一般為100~200，而濾波電容一般為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電阻，可以畫出圖2的交流等效電路。同時滿足了XC1>R的條件,所以可以畫出電壓向量圖。
由于R甚小于XC1，R上的壓降VR也遠(yuǎn)小于C1上的壓降，所以VC1與電源電壓V近似相等，即VC1=V。根據(jù)電工原理可知：整流后的直流電流平均值Id,與交流電平均值I的關(guān)系為Id=V/XC1。若C1以uF為單位，則Id為毫安單位，對于22V，50赫茲交流電來說，可得到Id=0.62C1。
由此可以得出以下兩個結(jié)論：（1）在使用電源變壓器作整流電源時，當(dāng)電路中各項參數(shù)確定以后，輸出電壓是恒定的，而輸出電流Id則隨負(fù)載增減而變化；（2）使用電容降壓作整流電路時，由于Id=0.62C1,可以看出，Id與C1成正比，即C1確定以后，輸出電流Id是恒定的，而輸出直流電壓卻隨負(fù)載電阻RL大小不同在一定范圍內(nèi)變化。RL越小輸出電壓越低，RL越大輸出電壓也越高。
C1取值大小應(yīng)根據(jù)負(fù)載電流來選擇，比如負(fù)載電路需要9V工作電壓，負(fù)載平均電流為75毫安，由于Id=0.62C1，可以算得C1=1.2uF。考慮到穩(wěn)壓管VD5的的損耗，C1可以取1.5uF，此時電源實際提供的電流為Id=93毫安。
穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值應(yīng)等于負(fù)載電路的工作電壓，其穩(wěn)定電流的選擇也非常重要。由于電容降壓電源提供的的是恒定電流，近似為恒流源，因此一般不怕負(fù)載短路，但是當(dāng)負(fù)載完全開路時，R1及VD5回路中將通過全部的93毫安電流，所以VD5的最大穩(wěn)定電流應(yīng)該取100毫安為宜。由于RL與VD5并聯(lián)，在保證RL取用75毫安工作電流的同時，尚有18毫安電流通過VD5，所以其最小穩(wěn)定電流不得大于18毫安，否則將失去穩(wěn)壓作用。
限流電阻取值不能太大，否則會增加電能損耗，同時也會增加C2的耐壓要求。如果是R1=100歐姆，R1上的壓降為9.3V,則損耗為0.86瓦,可以取100歐姆1瓦的電阻。
濾波電容一般取100微法到1000微法,但要注意其耐亞的選擇.前已述及,負(fù)載電壓為9V,R1上的壓降為9.3V,總降壓為18.3V,考慮到留有一定的余量,因此C2耐壓取25V以上為好。
采用電容降壓的LED驅(qū)動電路分析
采用電容降壓電路是一種常見的小電流電源電路，由于其具有體積小﹑成本低﹑電流相對恒定等優(yōu)點，也常應(yīng)用于LED的驅(qū)動電路中。
圖一 為一個實際的采用電容降壓的LED驅(qū)動電路﹕請注意，大部分應(yīng)用電路中沒有連接壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管，建議連接上，因壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管能在電壓突變瞬間( 如雷電﹑大用電設(shè)備起動等 )有效地將突變電流泄放，從而保護(hù)二級關(guān)和其它晶體管，它們的響應(yīng)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(dāng)電容連接于交流電路中時，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(dāng)負(fù)載電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于220V時，電流與電容的關(guān)系式為﹕I = 69C 其中電容的單位為uF，電流的單位為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(dāng)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(guān)，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(jīng)驗數(shù)據(jù)如下表，供設(shè)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，其作用是將整流后的脈動直流電壓濾波成平穩(wěn)直流電壓
壓敏電阻( 或瞬變電壓抑制晶體管 )的作用是將輸入電源中瞬間的脈沖高壓電壓對地泄放掉，從而保護(hù)LED不被瞬間高壓擊穿。
LED串聯(lián)的數(shù)量視其正向?qū)妷? Vf )而定，在220V AC電路中，最多可以達(dá)到80個左右。
組件選擇﹕電容的耐壓一般要求大于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(zhì)電容。
D1 ~D4 可以選擇IN4007。
濾波電容C2﹑C3的耐壓根據(jù)負(fù)載電壓而定，一般為負(fù)載電壓的1.2倍。其電容容量視負(fù)載電流的大小而定。
下列電路圖為其它形式的電容降壓驅(qū)動電路，供設(shè)計時參考﹕
圖 二
在圖 二 電路中，可控硅SCR及R3組成保護(hù)電路，當(dāng)流過LED的電流大于設(shè)定值時，SCR導(dǎo)通一定的角度，從而對電路電流進(jìn)行分流，使LED工作于恒流狀態(tài)，從而避免LED因瞬間高壓而損壞。
圖 三
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后的濾波電路。此電路采用雙重濾波電路，能有效地保護(hù)LED不被瞬間高壓擊穿損壞。
是一個最簡單的電容降壓應(yīng)用電路，電路中利用兩只反并聯(lián)的LED對降壓后的交流電壓進(jìn)行整流，可以廣泛應(yīng)用于夜光燈﹑按鈕指示燈，要求不高的位置指示燈等場合。
推薦閱讀：
