電容降壓的工作原理
電容降壓的工作原理并不復(fù)雜。他的工作原理是利用電容在一定的交流信號頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大工作電流。例
如，在50Hz的工頻條件下，一個1uF的電容所產(chǎn)生的容抗約為3180歐姆。當(dāng)220V的交流電壓加在電容器的兩端，則流過電容的最
大電流約為70mA。雖然流過電容的電流有70mA，但在電容器上并不產(chǎn)生功耗，應(yīng)為如果電容是一個理想電容，則流過電容的電
流為虛部電流，它所作的功為無功功率。根據(jù)這個特點，我們?nèi)绻谝粋�1uF的電容器上再串聯(lián)一個阻性元件，則阻性元件兩端
所得到的電壓和它所產(chǎn)生的功耗完全取決于這個阻性元件的特性。例如，我們將一個110V/8W的燈泡與一個1uF的電容串聯(lián)，在
接到220V/50Hz的交流電壓上，燈泡被點亮，發(fā)出正常的亮度而不會被燒毀。因為110V/8W的燈泡所需的電流為8W/110V=72mA，
它與1uF電容所產(chǎn)生的限流特性相吻合。同理，我們也可以將5W/65V的燈泡與1uF電容串聯(lián)接到220V/50Hz的交流電上，燈泡同樣
會被點亮，而不會被燒毀。因為5W/65V的燈泡的工作電流也約為70mA。因此，電容降壓實際上是利用容抗限流。而電容器實際
上起到一個限制電流和動態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓的角色。
采用電容降壓時應(yīng)注意以下幾點：
1 根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當(dāng)?shù)碾娙�，而不是依�?jù)負(fù)載的電壓和功率。
2 限流電容必須采用無極性電容，絕對不能采用電解電容。而且電容的耐壓須在400V以上。最理想的電容為鐵殼油浸電
容。
3 電容降壓不能用于大功率條件，因為不安全。
4 電容降壓不適合動態(tài)負(fù)載條件。
5 同樣，電容降壓不適合容性和感性負(fù)載。
6 當(dāng)需要直流工作時，盡量采用半波整流。不建議采用橋式整流。而且要滿足恒定負(fù)載的條件。
以上是電容降壓工作原理的簡單介紹。前些日子我曾再次提出一個問題，就是只用電阻和電容可以組成什么電路，進(jìn)一步
講只用一個電阻和一個電容可以組成什么電路。此篇可以是一個回答，有興趣的可以再想一想還能組成什么電路。其實電阻、
電容和電感作為電子電路的基本元件，熟知它們的特性并靈活地應(yīng)用它。
采用電容降壓電路是一種常見的小電流電源電路﹐由于其具有體積小﹑成本低﹑電流相對恒定等優(yōu)點﹐也常應(yīng)用于LED的驅(qū)
動電路中。
圖一 為一個實際的采用電容降壓的LED驅(qū)動電路﹕請注意﹐大部分應(yīng)用電路中沒有連接壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管﹐
建議連接上﹐因壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管能在電壓突變瞬間( 如雷電﹑大用電設(shè)備起動等 )有效地將突變電流泄放﹐從而
保護(hù)二級關(guān)和其它晶體管﹐它們的響應(yīng)時間一般在微毫秒級。
電路工作原理﹕
電容C1的作用為降壓和限流﹕大家都知道﹐電容的特性是通交流﹑隔直流﹐當(dāng)電容連接于交流電路中時﹐其容抗計算公式
為﹕
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XC = 1/2πf C
式中﹐XC 表示電容的容抗﹑f 表示輸入交流電源的頻率﹑C 表示降壓電容的容量。
流過電容降壓電路的電流計算公式為﹕
I = U/XC
式中 I 表示流過電容的電流﹑U 表示電源電壓﹑XC 表示電容的容抗在220V﹑50Hz的交流電路中﹐當(dāng)負(fù)載電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于2
20V時﹐電流與電容的關(guān)系式為﹕
I = 69C
其中電容的單位為uF﹐電流的單位為mA
下表為在220V﹑50Hz的交流電路中﹐理論電流與實際測量電流的比較
電阻R1為泄放電阻﹐其作用為﹕當(dāng)正弦波在最大峰值時刻被切斷時﹐電容C1上的殘存電荷無法釋放﹐會長久存在﹐在維修時如
果人體接觸到C1的金屬部分﹐有強(qiáng)烈的觸電可能﹐而電阻R1的存在﹐能將殘存的電荷泄放掉﹐從而保證人﹑機(jī)安全。泄放電阻
的阻值與電容的大小有關(guān)﹐一般電容的容量越大﹐殘存的電荷就越多﹐泄放電阻就阻值就要選小些。經(jīng)驗數(shù)據(jù)如下表﹐供設(shè)計
時參考﹕
D1 ~ D4的作用是整流﹐其作用是將交流電整流為脈動直流電壓。
C2﹑C3的作用為濾波﹐其作用是將整流后的脈動直流電壓濾波成平穩(wěn)直流電壓
壓敏電阻( 或瞬變電壓抑制晶體管 )的作用是將輸入電源中瞬間的脈沖高壓電壓對地泄放掉﹐從而保護(hù)LED不被瞬間高壓擊穿。
LED串聯(lián)的數(shù)量視其正向?qū)妷? Vf )而定﹐在220V AC電路中﹐最多可以達(dá)到80個左右。
組件選擇﹕電容的耐壓一般要求大于輸入電源電壓的峰值﹐在220V,50Hz的交流電路中時﹐可以選擇耐壓為400伏以上的滌綸電
容或紙介質(zhì)電容。
D1 ~D4 可以選擇IN4007。
濾波電容C2﹑C3的耐壓根據(jù)負(fù)載電壓而定﹐一般為負(fù)載電壓的1.2倍。其電容容量視負(fù)載電流的大小而定。
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電容降壓電源原理及相關(guān)計算----適用于低單價、抗干擾要求較低的電路（略有補(bǔ)充）
將交流市電轉(zhuǎn)換為低壓直流的常規(guī)方法是采用變壓器降壓后再整流濾波，當(dāng)受體積和成本等因素
的限制時，最簡單實用的方法就是采用電容降壓式電源。
一、電路原理
電容降壓式簡易電源的基本電路如圖1，C1 為降壓電容器，D2 為半波整流二極管，D1 在市電的負(fù)
半周時給C1 提供放電回路，D3 是穩(wěn)壓二極管，R1 為關(guān)斷電源后C1 的電荷泄放電阻。在實際應(yīng)用
時常常采用的是圖2 的所示的電路。當(dāng)需要向負(fù)載提供較大的電流時，可采用圖3 所示的橋式整
流電路。
整流后未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓一般會高于30 伏，并且會隨負(fù)載電流的變化發(fā)生很大的波動，這是因
為此類電源內(nèi)阻很大的緣故所致，故不適合大電流供電的應(yīng)用場合。
二、器件選擇
1.電路設(shè)計時，應(yīng)先測定負(fù)載電流的準(zhǔn)確值，然后參考示例來選擇降壓電容器的容
量。因為通過降壓電容C1 向負(fù)載提供的電流Io，實際上是流過C1 的充放電電流Ic。C1 容量越
大，容抗Xc 越小，則流經(jīng)C1 的充、放電電流越大。當(dāng)負(fù)載電流Io 小于C1 的充放電電流時，多
余的電流就會流過穩(wěn)壓管，若穩(wěn)壓管的最大允許電流Idmax 小于Ic-Io 時易造成穩(wěn)壓
管燒毀。
2.為保證C1 可靠工作，其耐壓選擇應(yīng)大于兩倍的電源電壓。
3.泄放電阻R1 的選擇必須保證在要求的時間內(nèi)泄放掉C1 上的電荷。
三、設(shè)計舉例
圖2 中，已知C1 為0.33μF，交流輸入為220V/50Hz，求電路能供給負(fù)載的最大電流。
C1 在電路中的容抗Xc 為：
Xc=1 /（2 πf C）= 1/（2*3.14*50*0.33*10-6）= 9.65K
流過電容器C1 的充電電流（Ic）為：
Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA。（電流的有效值）
通常降壓電容C1 的容量C 與負(fù)載電流Io 的關(guān)系可近似認(rèn)為：C=14.5 I，其中C 的容量單位
是μF，Io 的單位是A。
電容降壓式電源是一種非隔離電源，在應(yīng)用上要特別注意隔離，防止觸電
電容降壓電源原理和計算公式
這一類的電路通常用于低成本取得非隔離的小電流電源。它的輸出電壓通�？稍趲追饺龓�
十伏，取決于所使用的齊納穩(wěn)壓管。所能提供的電流大小正比于限流電容容量。采用半波整流時，
每微法電容可得到電流（平均值）為：（國際標(biāo)準(zhǔn)單位）
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雙倍的電流（平均值）為：
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，此類電路全波整流雖電流稍大，但是因為浮地，穩(wěn)定性和安全性要比半波整流型更差，
所以用的更少。
使用這種電路時，需要注意以下事項：
1、未和220V 交流高壓隔離，請注意安全，嚴(yán)防觸電！
2、限流電容須接于火線，耐壓要足夠大（大于400V），并加串防浪涌沖擊兼保險電阻和并
放電電阻。
3、注意齊納管功耗，嚴(yán)禁齊納管斷開運行。
采用電容降壓電路是一種常見的小電流電源電路﹐由于其具有體積小﹑成本低﹑電流相對恒定等
優(yōu)點﹐也常應(yīng)用于LED 的驅(qū)動電路中。
圖一為一個實際的采用電容降壓的LED 驅(qū)動電路﹕請注意﹐大部分應(yīng)用電路中沒有連接壓敏電阻
或瞬變電壓抑制晶體管﹐建議連接上﹐因壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管能在電壓突變
瞬間( 如雷電﹑大用電設(shè)備起動等)有效地將突變電流泄放﹐從而保護(hù)二級關(guān)和其
它晶體管﹐它們的響應(yīng)時間一般在微毫秒級。
電路工作原理﹕
電容C1 的作用為降壓和限流﹕大家都知道﹐電容的特性是通交流﹑隔直流﹐當(dāng)電容連接于交流
電路中時﹐其容抗計算公式為﹕
XC = 1/2πf C
式中﹐XC 表示電容的容抗﹑f 表示輸入交流電源的頻率﹑C 表示降壓電容的容量。
流過電容降壓電路的電流計算公式為﹕
I = U/XC
式中I 表示流過電容的電流﹑U 表示電源電壓﹑XC 表示電容的容抗
在220V﹑50Hz 的交流電路中﹐當(dāng)負(fù)載電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于220V 時﹐電流與電容的關(guān)系式為﹕
I = 69C（此公式與C=14.5I 是一樣的，單位不同而已） 其中電容的單位為uF﹐電流的單位
為mA
下表為在220V﹑50Hz 的交流電路中﹐理論電流與實際測量電流的比較
電阻R1 為泄放電阻﹐其作用為﹕當(dāng)正弦波在最大峰值時刻被切斷時﹐電容C1 上的殘存電荷無法
釋放﹐會長久存在﹐在維修時如果人體接觸到C1 的金屬部分﹐有強(qiáng)烈的觸電可能﹐而電阻R1 的
存在﹐能將殘存的電荷泄放掉﹐從而保證人﹑機(jī)安全。泄放電阻的阻值與電容的大小有關(guān)﹐一般
電容的容量越大﹐殘存的電荷就越多﹐泄放電阻就阻值就要選小些。經(jīng)驗數(shù)據(jù)如下表﹐供設(shè)計時
參考﹕
D1 ~ D4 的作用是整流﹐其作用是將交流電整流為脈動直流電壓。
C2﹑C3 的作用為濾波﹐其作用是將整流后的脈動直流電壓濾波成平穩(wěn)直流電壓
壓敏電阻( 或瞬變電壓抑制晶體管)的作用是將輸入電源中瞬間的脈沖高壓電壓對地泄放掉﹐從
而保護(hù)LED 不被瞬間高壓擊穿。
LED 串聯(lián)的數(shù)量視其正向?qū)妷? Vf )而定﹐在220V AC 電路中﹐最多可以達(dá)到80 個左右。
組件選擇﹕電容的耐壓一般要求大于輸入電源電壓的峰值﹐在220V,50Hz 的交流電路中時﹐可以
選擇耐壓為400 伏以上的滌綸電容或紙介質(zhì)電容。
D1 ~D4 可以選擇IN4007。
濾波電容C2﹑C3 的耐壓根據(jù)負(fù)載電壓而定﹐一般為負(fù)載電壓的1.2 倍。其電容容量視負(fù)載
電流的大小而定。
下列電路圖為其它形式的電容降壓驅(qū)動電路﹐供設(shè)計時參考﹕
在圖二電路中﹐可控硅SCR 及R3 組成保護(hù)電路﹐當(dāng)流過LED 的電流大于設(shè)定值時﹐SCR 導(dǎo)通一
定的角度﹐從而對電路電流進(jìn)行分流﹐使LED工作于恒流狀態(tài)﹐從而避免LED 因瞬間高壓而損壞。
在圖三電路中﹐C1﹑R1﹑壓敏電阻﹑L1﹑R2 組成電源初級濾波電路﹐能將輸入瞬間高壓濾除﹐
C2﹑R2 組成降壓電路﹐C3﹑C4﹑L2﹑及壓敏電阻組成整流后的濾波電路。此電路采用雙重濾波電
路﹐能有效地保護(hù)LED 不被瞬間高壓擊穿損壞。
采用變壓器的供電電源體積較大，在一些要求小體積的制作中難以使用。本文介紹的小型無變壓器電源，能提供
３～１５Ｖ的電壓，最大電流１５０ｍＡ，可滿足小型電子設(shè)備的供電需要。
電路如圖所示，２２０Ｖ經(jīng)Ｄ２整流Ｃ１濾波，作為Ｑ１的導(dǎo)通驅(qū)動電壓，當(dāng)２２０Ｖ正半周開始、但Ｗ滑動端
上電壓尚未足夠大時，Ｑ２處于截止?fàn)顟B(tài)，Ｃ１上的電壓經(jīng)Ｒ４加在Ｑ１的柵極使Ｑ１導(dǎo)通，２２０Ｖ正半周經(jīng)
Ｄ１、Ｒ５、Ｑ１對電容Ｃ２快速充電。當(dāng)Ｗ滑動端的電壓升到足以使Ｄ３和Ｑ２導(dǎo)通時，Ｑ１柵極失去電壓而
截止。調(diào)節(jié)Ｗ即可調(diào)節(jié)對Ｃ２的充電時間，也就調(diào)節(jié)了輸出電壓。由于Ｑ１的導(dǎo)通時間極短，因此Ｃ２選用了大
容量電容，以保證有較平滑的輸出電壓。
電路中Ｒ５是限流電阻，可減小對Ｃ２充電電流的峰值。穩(wěn)壓管Ｄ５是為了防止Ｑ１因柵極電壓過高損壞而設(shè)。
Ｄ４用作輸出保護(hù)，當(dāng)Ｃ２兩端電壓過高時Ｄ４、Ｑ２導(dǎo)通，使Ｑ１截止。因在市電的負(fù)半周時電路不工作，為
了加大輸出電流，可在輸入端加接一整流橋，使市電的正負(fù)半周都能得到利用，這樣可使輸出電流增加８０ｍＡ，
同時還能改善輸出電壓的平滑度。在實際應(yīng)用時可將電位器Ｗ、Ｒ３用一個固定電阻代替。在輸出電壓穩(wěn)定度要
求高時，可加接三端穩(wěn)壓ＩＣ。
此電路簡單，只要焊接無誤即可工作。該電路無隔離措施，使用時電源的Ｌ線、Ｎ線不要接錯。