电容降压的原理及注意事项有哪些

　　将交流市电转换为低压直流的常规方法是采用变压器降压后再整流滤波，当受体积和成本等因素的限制时，最简单实用的方法就是采用电容降压式电源。
　　采用电容降压时应注意以下几点：
　　1、根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容，而不是依据负载的电压和功率。
　　2、限流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。最理想的电容为铁壳油浸电容。
　　3、电容降压不能用于大功率条件，因为不安全。
　　4、电容降压不适合动态负载条件。
　　5、同样，电容降压不适合容性和感性负载。
　　6、当需要直流工作时，尽量采用半波整流。不建议采用桥式整流，而且要满足恒定负载的条件。
　　电路一
　　
　　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=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、注意齐纳管功耗，严禁齐纳管断开运行。
　　电路二
　　
　　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 22V，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。
　　电路三
　　
　　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。整流后未经稳压的直流电压一般会高于 30 伏，并且会随负载电流的变化发生很大的波动，这是因为此类电源内阻很大的缘故所致，故不适合大电流供电的应用场合。
　　器件选择
　　1、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。
　　2、为保证 C1 可工作，其耐压选择应大于两倍的电源电压。
　　3、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。
　　电容降压式电源是一种非隔离电源，在应用上要特别注意隔离，防止触电。
　　整流后未经稳压的直流电压一般会高于 30 伏，并且会随负载电流的变化发生很大的波动，这是因为此类电源内阻很大的缘故所致，故不适合大电流供电的应用场合。
　　电容降压式电源是一种非隔离电源，在应用上要特别注意隔离，防止触电。
　　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。