锦升塑业谢新国图片:电容降压原理之我见

最近见到几张用电容降压做电源的电路图，随即对这种结构简单，成本低廉，占用空间小的电路产生了兴趣。上网查了查资料，发现这算是一个比较古老的技术，但是如此运用电容，确实是很巧妙。网上关于这方面的交流也不少，但是大多是转载的，主要有两个版本，出处已经无从考证，但是很少有较为严谨的计算。笔者查阅了一些资料，在此对其原理和参数的计算作一些总结，不当之处，还请指教。
基本原理：
电容降压主要是用在直流稳压电源电路里。直流稳压电源电路的大致结构是：
市电——变压（降压）——整流——滤波——稳压——直流输出
第一个环节，也就是变压，主要是降压，一般使用变压器来完成。但是变压器体积较大，成本也较高，如果电路简单，例如声光控制开关，那么加一个变压器就显得大材小用。这个时候用一个电容，就可以解决降压的问题，简化电路，节约成本。基本电路如图1：

图1半波整流
市电经过C1降压后到D2，D2完成半波整流，C2对整流后的脉动直流滤波，D3稳压，输出稳定的直流电压给负载。R1是电源关闭后C1的电荷泄放电阻。D1是为了在市电的负半周给C1提供充放电通路。因为要保证C1在整个交流电周期内都是工作的。
如果将C1后面的电路都看作负载的话，那么相当于C1和一个电阻串联在市电通路里，电容和电阻在交流下都是有阻抗的，串联分压，自然负载上的电压就小了。这样理解也对。但是更准确的理解应该是：C1起到了限流的作用，它决定了电路中的最大电流，当负载一定的情况下，C1也就决定了负载上可以得到的电压，最终起到了降压的作用。
例如：图1中如果负载短路，220V交流电全部加在C1上，电路中的电流等于C1的充放电电流。

这个电流也就是电路中的最大电流。这里取得都是有效值。
当加上负载后，如果输出直流电压比较低（稳压管决定），则可以近似认为全部电压都加在电容上。由于是半波整流，所以电容C1后面的电路只能得到C1半个周期的充放电电流，也就是有效值的一半，大约34.5mA左右。由于负载上有电压，所以实际电流要小一点，大约30mA。当负载需要的电流不超过30mA时，电路就可以正常工作，电容也就起到了类似变压器的作用——降压。
对于桥式整流，C1后面的电路能得到C1整个周期的充放电电流，大约60mA。

图2 全波整流
参数计算:
电容降压电路主要应用在负载电流较小，负载确定且固定的场合。因为由电容降压电路组成的稳压电源稳压能力十分有限，并且对电网有一定的影响。
较为严谨的计算，主要涉及三个元件的参数：降压电容，稳压二极管，泄放电阻。滤波电容用几百UF，耐压值取输出直流电压的3－4倍即可。整流二极管用1N4007就行。在应用稳压二极管稳压时，一般是有一个限流电阻与之一起工作，在这里降压电容已经限制了最大电流，所以可以不用限流电阻。
首先根据负载所需要的电流和稳压管正常工作的反向电流，确定电路所需要的总电流。然后用电容上的电压除以总电流，得到相应的容抗。最后选择容值最接近的电容。容值小，提供不了足够的电流，容值大，稳压管分担的电流多，功耗大。
选择的稳压管最大反向电流要大于总电流，这样当负载断开时，稳压管才不至于烧坏。
泄放电阻，主要是为了在较短时间内释放掉电容上的电荷，这里有一个时间常数的计算，一般按下表取就可以了。
降压电容UF
0.47
0.68
1
1.5
2
泄放电阻
1M
750K
510K
360K
220K
根据负载对电流的要求和输出的直流电压，降压电容计算步骤如下，负载指的是降压电容以外的电路。
根据输出电压要求，求电容压降Uc：



根据负载要求，求出流过电容的电流Ic:



求出容值:

当输出直流电压较小时（这是电容降压电路主要的应用领域），可以近似认为全部交流的电压加在电容上。计算过程如基本原理所述，整流电路是半波整流时，1UF的电容最大可以提供约30mA的电流，整流电路是桥式整流时，1UF的电容最大可以提供约60mA的电流。
有的时候电容降压用在纯交流电路中，由电容降压得到一个低于220V的交流电压。根据负载的电阻和所需电流的大小，由

即可推出Zc，进而推出电容的容值。
注意事项：
（1）电容降压是一种低成本，不安全的应用，没有和220V隔离，电路应该放在一般接触不到的地方；
（2）不能应用在大功率场合，不能用在负载变化或者不确定的场合；
（3）降压电容一般要接在火线上（纯交流电路除外），电路的零，火线不能接反，这一点可以用三脚插头来强制，或者标注清楚；
（4）降压电容必须是无极性电容，耐压值要大于400V（常用金属膜CBB）；
（5）主要根据负载的电流大小和交流电频率来选择电容；
（6）需要直流输出，稳压管一定要有；
（7）需要直流输出，建议用半波整流，桥式整流后是需地，不安全；
（8）需要直流输出，负载一定要固定。
题外话，为什么不用电容电感或者电阻？
电阻降压是有的，但是比较少，应用场合和电容降压一样，但是电阻消耗的是有功功率，功耗大。电感降压？原理上和电容一样，但是估计精确的电感不好做，没有电容容易得到，所以没有用电感的。