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0.33μF,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 πf 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C的容量单位是μF,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。当将不同容量的电容器C(如图1所示),接入AC220V 50Hz的交流电路时,其C的容抗及其所能通过的电流如附表所列。该电流即电容器C所能提供的最大电流值。
电容量(uF) | 0.33 | 0.39 | 0.47 | 0.56 | 0.68 | 0.82 | 1.0 | 1.2 | 1.5 | 1.8 | 2.2 | 2.7 |
容抗(kΩ) | 9.7 | 8.2 | 6.8
| 5.7 | 4.7 | 3.9 | 3.2 | 2.7 | 2.1 | 1.8 | 1.4 | 1.2 |
电流(mA) | 23 | 27 | 32 | 39 | 47 | 56 | 69 | 81 | 105 | 122 | 157 | 183 |
用电容器降压制作电源时,必须注意以下几点:
(1)经电容器降压后,必须如图2所示经整流、滤波及稳压二极管稳压后,才能获得电压稳定的电源(注:整流电路也可用半波整流)。
(2)电容器耐压最好在630V以上,并应用无极性的电容器,有极性电容器不能用。
(3)在电容器两端并联500K-1M的泄放电阻。
(4)若需要加电源开关,为防止浪涌电流对负载RL并联,如图3所示。
(5)在组装调试过程中要用1:1隔离变压器接入AC220V电路中,以防触电。
电容降压电源原理和计算公式
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=30mA
如果采用全波整流可得到双倍的电流(平均值)为:
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。
注意事项:
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
AC_L--------R-------C---------------------1N4007--------------------OUT_+
| | | | | |
RV ----R----- 1N4007 E&C D?V?W
| | | |
AC_N---------------------------------------------------------------------OUT_-
此为半波整流方式,齐纳管可以用限压三极管线性电路代替。电路中可以加电感为限流电阻稳流。
直流输出可用稳压管稳压使用。