电容降压电路计算方法【钜大锂电】

从网上看到很多人在寻求电容降压电路的计算方法。实际上用电路仿真软件一下子就可以推理出电容降压电路的计算方法。以下面的为例，说一下怎么计算电容降压电路。

例：在上图中已知电源v1的电压为220v频率为50HZ，求OUT端输出电压为17V，电流I为2mA时，降压电容C1的值为多少？

【解题猜想】从电路图中可以看出好像是一个电容和电阻串联的电容，先试试用电源电压V1减去17V得到电容两端的电压，得到电容两端的电压后除以电流，然后再根据电容的容抗计算方法得出电容的容量。

仿真波形如下：猜想正确。

实际实验：一通电，电阻就冒烟了，可见这个电路不实用。

试一试改进的电路，图中的电路多加了电阻R2

电路的计算方法：只不过是多了个并联电阻，10150是电容C1和R2的并联总阻值。再按照并联电路的原理就可以得出电容的容量（这里省略，如不懂，请到振德小学进修两年）。得到的仿真结果也和猜想的结果一样。实际实验：电压不稳定。电阻不会再冒烟，再进行电路改进。结果如下：

通过不断的改变C1，R1的值，得到OUT端的电压等于稳压管的稳压值。电流取值于R1的值（通过实验得到）。实际实验时，此电路较以前的电路安全稳定。当然由于输出的电压等于稳压二极管的稳压值，所以此电路还可以用来测量未知稳压管的稳压值。

下面的电路最好不要用。

电容降压式电源原理及电路

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。

一、电路原理

电容降压式简易电源的基本电路如图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。

二、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可靠工作，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。

三、设计举例

图2中，已知C1为0.33F，交流输入为220V/50Hz，求电路能供给负载的最大电流。C1在电路中的容抗Xc为：

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

流过电容器C1的充电电流（Ic）为：

Ic=U/Xc=220/9.65=22mA。

通常降压电容C1的容量C与负载电流Io的关系可近似认为：C=14.5I，其中C的容量单位是F，Io的单位是A。

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。

电容降压电路的特点及元器件选择

在电子制作时，为了减小体积、降低成本，往往采用电容降压的方法代替笨重的电源变压器。采用电容降压方法如元器件选择不当，不但达不到降压要求，还有可能造成电路损坏。本文从实际应用角度，介绍电容降压元器件应如何进行正确选择。

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2的交流等效电路。同时满足了XC1R的条件,所以可以画出电压向量图。

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。

采用电容降压的LED驱动电路分析

采用电容降压电路是一种常见的小电流电源电路，由于其具有体积小﹑成本低﹑电流相对恒定等优点，也常应用于LED的驱动电路中。

图一为一个实际的采用电容降压的LED驱动电路﹕请注意，大部分应用电路中没有连接压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管，建议连接上，因压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管能在电压突变瞬间(如雷电﹑大用电设备起动等)有效地将突变电流泄放，从而保护二级关和其它晶体管，它们的响应时间一般在微毫秒级。

电路工作原理﹕

电容C1的作用为降压和限流﹕大家都知道，电容的特性是通交流﹑隔直流，当电容连接于交流电路中时，其容抗计算公式为﹕XC=1/2pifC.式中，XC表示电容的容抗﹑f表示输入交流电源的频率﹑C表示降压电容的容量。

流过电容降压电路的电流计算公式为﹕I=U/XC.式中I表示流过电容的电流﹑U表示电源电压﹑XC表示电容的容抗在220V﹑50Hz的交流电路中，当负载电压远远小于220V时，电流与电容的关系式为﹕I=69C其中电容的单位为uF，电流的单位为mA.

下表为在220V﹑50Hz的交流电路中，理论电流与实际测量电流的比较

电阻R1为泄放电阻，其作用为﹕当正弦波在最大峰值时刻被切断时，电容C1上的残存电荷无法释放，会长久存在，在维修时如果人体接触到C1的金属部分，有强烈的触电可能，而电阻R1的存在，能将残存的电荷泄放掉，从而保证人﹑机安全。泄放电阻的阻值与电容的大小有关，一般电容的容量越大，残存的电荷就越多，泄放电阻就阻值就要选小些。经验数据如下表，供设计时参考﹕

D1~D4的作用是整流，其作用是将交流电整流为脉动直流电压。

C2﹑C3的作用为滤波，其作用是将整流后的脉动直流电压滤波成平稳直流电压

压敏电阻(或瞬变电压抑制晶体管)的作用是将输入电源中瞬间的脉冲高压电压对地泄放掉，从而保护LED不被瞬间高压击穿。

LED串联的数量视其正向导通电压(Vf)而定，在220VAC电路中，最多可以达到80个左右。

组件选择﹕电容的耐压一般要求大于输入电源电压的峰值，在220V,50Hz的交流电路中时，可以选择耐压为400伏以上的涤纶电容或纸介质电容。

D1~D4可以选择IN4007。

滤波电容C2﹑C3的耐压根据负载电压而定，一般为负载电压的1.2倍。其电容容量视负载电流的大小而定。

下列电路图为其它形式的电容降压驱动电路，供设计时参考﹕

图二

在图二电路中，可控硅SCR及R3组成保护电路，当流过LED的电流大于设定值时，SCR导通一定的角度，从而对电路电流进行分流，使LED工作于恒流状态，从而避免LED因瞬间高压而损坏。

图三

在图三电路中，C1﹑R1﹑压敏电阻﹑L1﹑R2组成电源初级滤波电路，能将输入瞬间高压滤除，C2﹑R2组成降压电路，C3﹑C4﹑L2﹑及压敏电阻组成整流后的滤波电路。此电路采用双重滤波电路，能有效地保护LED不被瞬间高压击穿损坏。