1、电 容降压电源的特点一、 概述电子工程师总是在不断追求减小设备体积，优化设计，以期最大限度地降低设备成本。其中，减小作为辅助电源的直流稳压电源电路部分的体积，往往是最难解 决的问题之一。普通的线性直流稳压电源电路效率比较低，电源的变压器体积大，重量重，成本较高。开关电源电路结构较复杂，成本高，电源纹波大，RFI 和 EMI 干扰是难以解决的。下文介绍的是一种新颖的电容降压型直流稳压电源电路。这种电路无电源变压器，结构非常简单，具体有：体积小、重量轻、成本低廉、动态响应快、稳定可靠、高效（可达 90%以上）等特点。二、 电容降压原理当一个正弦交流电源 U（如 220V AC 50HZ）施加在电容
2、电路上时，电容器两极板上的电荷，极板间的电场都是时间的函数。也就是说：电容器上电压电流的有效值和幅值同样遵循欧姆定律。即加在电容上的电压幅值一定，频率一定时，就会流过一个稳定的正弦交流电流 ic。容抗越小（电容值越大），流过电容器的电流越大，在电容器上串联一个 合适的负载，就能得到一个降低的电压源，可经过整流，滤波，稳压输出。电容在电路中只是吞吐能量，而不消耗能量，所以电容降压型电路的效率很高。三、 原理方框图电路由降压电容，限流，整流滤波和稳压分流等电路组成。1.降压电容：相当于普通稳压电路中的降压变压器，直接接入交流电源回路中，几乎承受全部的交流电源 U，应选用无极性的金属膜电容 （MET
3、ALLIZED POLYESTER FILM CAPACITOR）。2.限流电路：在合上电源的瞬间，有可能是 U 的正或负半周的峰_峰值，此时瞬间电流会很大，因此在回路中需串联一个限流电阻，以保证电路的安全。3.整流滤波：有半波整流和全波整流，与普通的直流稳压电源电路的设计要求相同。4.稳压分流：电压降压回路中，电流有效值 I 是稳定的，不受负载电流大小变化的影响，因此在稳压电路中，要有分流回路，以响应负载电流的大小变化。四、 设计势实例1.桥式全波整流稳压电路：规格要求：输出 DC 电压 12V，DC 电流 300mA；输入电源 220V AC/50HZ 市电。1） 降压电容 C1 的选择：
4、a. C1 容值的选择：电容值取决于负载电流，负载电流 I 确定后,可得: C11/2fU式中交流电源 U 值计算时取负 10%， 即：I=300mA，U=220V*（-10%）=198V，f=50HZ,C10.3(2*3.14156*50*198)=4.82uF)电容值只可取大，不可取小，本例电容 C1 取值 5uF。b. 耐压值的选择：要考虑电源正 10%的情况，如本例用市电，C1 要选择 250V AC 的金属膜电容。c. 耐瞬间冲击电流的选择：金属膜电容的内阻是很低的，允许电容在吞吐能量 时，有大的电流流过，这个电流的大小取决于电容值和它的 du/dt 值，此值由电容的结构，金属膜的类
5、型，引出线的方式决定的。du/dt 值与电容的耐压值有关，耐压越高，du/dt 值越大，不同厂家产品du/dt 值也有很大的差别，如耐压为 250VAC 电容值为 5uF 的金属 膜电容的du/dt 值一般在 330 之间选择。在本例中：C15uF，du/dt 值取 3，则 C1 耐瞬间冲击电流值为：I=Cdu/dt5*315（A）2） 限流电阻 R1 的选择：先求 C1 的容抗：Xc1/2fC1/(2*3.1416*50*0.000005)=636.36则复阻抗：|Z|638.3 （R1 取值为 47）求得电流有效值为：I=U/|Z|=220 /638.3344.7mA电阻实际承受的有效电压
6、 值：UR=344.7mA*47 16.2V求出电阻实际承受的功 率：PR16.2V*344.7mA=5.58W（R1 选用线绕电阻器，功率取 7.5W）3） 稳压分流电路：稳压管 ZD1 和 T1 管 E-B 结，R3 组成稳压电路，T1,R2 组成分流电路。ZD1 选用 11.3V 的稳压管；R3 阻值取 1801/6W；T1 管响应负载电流的大小变化，负载电流可在 0300mA 内变化，T1 选用 2W 的 PNP 管，电流放大倍数200；R2 用作负载电流较小时，分担一部分 T1 管的功率，R2 取值 30/3W。2. 半波整流稳压电路：规格要求：输出一组 24V DC 电压（如提供继
7、电器工作用），一组 DC 电压5V（如供微控制器工作或双向可控硅触发电流用），输出 DC 电流 60mA；输入电源 220V/50HZ。1） 降压电容 C1 的选择：a.流过电容 C1 的电流约是负载电流的两倍，即 120mA，得出：C11/2fU=0.12(2*3.14156*50*198)=1.93(uF）C1 的实际取值 2uF。b.选择耐压值为 250V AC 的金属膜电容。c.瞬间冲击电流值 为：ICdu/dt2*36（A）2） 限流电阻 R1 的选择：电路的复阻抗：Xc=1/(2*3.14156*50*0.000002)=1.464K|Z|=1.467 K (R1 取值 100)求
8、得电流有效值： IU/|Z|220 /1.467150mA再求出电阻承受的有效电压值 为：UR150mA100 15V求出电阻实际承受的功 率：PR15V150mA2.25W （R1 的功率取 3W）3） 半波整流电路：D1 作半波整流用，C2、C3 为滤波电容，交流电源 U 上半周时，经 C1、R1降压，由 D1 整流后给电容 C2 平滑滤波输出D2 的作用：交流电源 U 下半周时，降压电容 C1 经由 D2 放电。4）稳压分流：ZD1、ZD2、R3 组成 DC 24V 稳压即分流电路，T1、ZD3 和 R4 组成 DC 5V 稳压电路。点击查看: 电 容降压全波整流稳压电源电路使用注意事项:1.这种电路输出 DC 电压与输入 AC 电源之间是不隔离的，因此，它用在不需隔离的电子设备中，如在一些控制、检测、分析电子装置中，在家用电器等电子设备 中，特别是在小家电领域具有广泛的实用价值；正因为没有隔离，所以应用在需要隔离的电子设备中不合适。2、金属膜电容的容量还不能做得很大，因此，这 种电路通常用在小功率直流稳压电源的电子设备中。1、电路结构非常简单，具有体积小、重量轻，有 利于实现电子设备的小型化；2、省去了电源变压器，对元器件的要求也不高， 成本非常低，有力于降低电子设备的成本；3、电容降压电路是一个电流源，只需改变基准电 压元件，就可得到很宽范围内的任一 DC 电压源；
