阻容降压原理和计算公式.doc

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1、阻容降压原理和计算公式 阻容降压原理和计算公式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=30mAf为电源频率单位HZ;C为电容容值单位F法拉;V为电源电压单位伏V;Zc=2*Pi*f*C为阻抗阻值单位欧姆.如果采用全波整流可得到双倍的电流（平均值）为：I(AV

2、)=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。电容降压式电源将交流式电转换为低压直流电容降压原理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

3、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11

4、0V/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。将交流式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

5、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

6、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 /（2 f C）= 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=14.5 I，其中

7、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。常规经验公式:220伏50HZ 1UF通过70毫安电流降压电容器的容量计算C=I（314V），I负载所需的电流，V交流电源电压，对于220V电压来说C=I（314220）=14.5I（mA）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，

8、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

9、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

10、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34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

11、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UF0.470.6811.52泄放电阻1M750K510K360K220K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

12、，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

13、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。电容降压的5V直流稳压电源下面这个电源，最大可以提供约55mA电流：下面这个电源，最大可以提供约120mA电流：对图一中和一个电容以及两个电阻构成的电路的相位分析,其作用为电流滞后于电压,所以构成有源电感,其作用相当于一个电感L,起滤波作用.当然,三极管的放大倍数越大,等效电感越大,滤波作用越好.和其他电容降压电路相比,这个电路的巧妙之处在于利用有源电感滤波,纹波应该很小关于C4的电压C4上承受的电压可以这样估算（以第一个电路为例）：流过T2（

14、）的电流是60mA，这是由1uF的降压电容决定的，无论有无负载，也无论负载电流大小，都是恒定不变的。因此，R6上的电压是0.6V，假定的值100，则基极电流是0.6mA，R5上的压降是0.6*4.7=2.8V。由此算出C4上的电压为：5+0.6+0.7+2.8= （其中0.7是的B-E结电压）。由此可见，T2及其附属电路呈现的静态电阻很低，等于(9.1-5)/0.06=68欧姆，而对于100Hz的纹波而言，它呈现出的动态阻抗要高得多，几乎可以看成等于R7，与很低的动态电阻相配合，可以获得很好的滤波效果。在刚开电源时，由于C3上的电压尚未建立，T2瞬时相当于开路，C4上的电压有一个短暂的上冲，实

15、际观测到的上冲值约15V，很快便降至稳定值8-9V左右。C3上的电压很低，不必考虑耐压问题。R1是为了抑制开机时可能出现的冲击电流，稳态时的功耗略高于1/4W，但考虑到瞬时的冲击电流，功率应该取大一些。这个电路是实际使用过的这个电路是实际使用过的。C4上的电压实测只有8V左右，开机时的冲击电压也只有15V左右，因此，T2完全没有必要改用高耐压的大功率管。oldzhang认为T2是有源电感的看法很对，这个电路就是想利用它具有低的静态电阻和高的动态阻抗来抑制纹波。用示波器实际测量，输出端几乎观察不到纹波。（示波器拨到交流5mV档，探头拨到X1）为了考验电路的可靠性，我曾经故意将电源插头在插座上反复

16、多次胡乱插拔，没有发生问题。上面有人说到输出电压提高到8V的问题，不知道是否是打算在后面再加一个（）？这个电路的目的，就是为了不用而达到与相似的稳压效果和纹波效果。实际试验的结果证明这个目的是达到了的。附带说明一下，用示波器测量时，示波器的地线必须与大地绝缘，否则，桥式整流就变成半波整流了。最后再提醒一下：使用这种电路，千万要注意安全。这种电源，一般适合于用在绝缘的全密闭的小型电子设备中。电容降压电路的电流可以这样近似计算：1uF电容在市电网中的电流是：220*2fC=69mA上式是按有效值算的，但整流滤波成直流后，应该取平均值。平均值与有效值的换算比率是 SQR(2)*2/=0.9，所以 6

17、9*0.9=。实际应用时要留一定余量，所以我只说55mA。关于ljw1128的第1个问题。加电后的第一个周期（由于是全波整流，以10ms为一个周期），C4与C1构成的电容分压比是1/101，因此，交流峰值过后，C4上分得的电压约3V。在第二个周期的交流峰值时，C4在3V的基础上再累加3V。因此，加电后的最初若干个周期里，C4上的电压大致是以3V/10ms的速率上升的。与此同时，C3通过R3、R4、R5充电，而且，随着C4电压的上升，C3充电的速率越来越快。当C3电压升到0.65V左右时，T2开始导通，C4电压的上升势头受到遏制；当T2电流达到60mA左右（这是1uF降压电容的限流值），C4的电

18、压就不会再上升了。这个过程的准确计算比较困难，粗略估算，这个过程大约经历5-6个周期，也就是50-60ms。加电后C4上的电压上冲是这样形成的，不是电源插头多次抖动所产生的。第2个图中的T3是起扩流作用。由于这个电路电流较大，120mA，当负载空载时，全部电流要由承担，超过了的额定值，所以用了一个来扩展电流。按照图中的接法，只需承担的基极电流和R5的电流，大部分电流由T3（）承担。T3的集电极所接的电阻R9（33欧姆/1W）是为了降低T3的功耗。120mA电流流过T3时，R9上的压降为4V，T3的C-E电压仅有1V，T3的发热大大减少。第2张图中的R6确实不起多大作用，可以短接。但R5的作用并不是限流。需要有一个最低电流才能起并联稳压作用。根据资料，这个电流值大约是0.4mA。如果没有R5（断开），这个电流流入T3基极，将会放大倍，如果T3的=100，就是40mA。这就是说，由与组合而成的并联稳压元件本身需要占用至少40mA的电流。这将使负载可用的电流减少。有了R5（1K），0.4mA电流产生的压降是0.4V，T3尚不足以导通，避免了这个最低电流值被T3放大。由此也可知，R5增大到2K是不适当的。