手把手教你計(jì)算成本最低的AC轉(zhuǎn)DC電源電路：阻容降壓電路之電容降壓

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阻容降壓電源分為兩大類，一類是電阻降壓，一類是電容降壓，使用電阻降壓構(gòu)建電源并不是一種有效的方法，因?yàn)樗哂写罅康臒崃繐p失。本篇文章我們會(huì)講解電容降壓電路的計(jì)算。

我們可以在交流電路中使用電容器（電容自身的容抗）來降低電壓。我們重點(diǎn)需要做的是計(jì)算電容器的容值，在交流電路中，電容可以像電阻一樣降低電壓，這利用了電容最基本的特性，也就是通交流阻直流，并且電容是屬于儲(chǔ)能元件，理想的電容是不損耗能量的。

為了便于對(duì)比，我們以 12V、50mA 的負(fù)載和 230V、50Hz 的交流電源為例，使用與電阻降壓電路方案相同的電路，只是將電阻器替換為電容器。因此，為了便于理解，我們先把電容降壓所需的電阻阻值計(jì)算步驟放上。

1）負(fù)載電壓是12V，如果負(fù)載電流按50mA，那么R2電阻兩端的電壓是 0.05 x 100 = 5V。

2）還要考慮橋式整流器的兩個(gè)正向偏置二極管的壓降的 1V（每個(gè)二極管 0.7 至 1.2V），1 x 2 = 2V。

3）那么我們需要用 R1 下降的凈電壓就等于：230 – 12 – 5 – 2 = 211V；因?yàn)檩斎腚妷菏?AC 電壓，也就是 RMS 電壓，所以它等于整流后的 RMS DC 電壓。

4）通過以上計(jì)算可知，R1電阻器需要在通過50mA 的電流下降低 211V 電壓。

那么 R = V/I = 211/50mA= 4220Ω

電阻降壓所需的電阻為 4220Ω，因此需要計(jì)算電抗值幾乎接近 4220Ω 的電容器。

有人會(huì)疑惑了，為什么電路圖中的電容器并聯(lián)了一個(gè)電阻器呢？這里的電阻的作用是當(dāng)輸入電源斷電時(shí)，泄放電容中儲(chǔ)存的電荷，避免斷電后，人觸摸插頭被電擊到。電阻的阻值在 470k – 1M 范圍內(nèi)，阻值比較大的阻值和電容的放電時(shí)間要求有關(guān)，因?yàn)樽柚当容^大，通過的電流比較小，因此在下面的計(jì)算中我們就忽略了R1，所以電容器兩端的等效電阻幾乎與電容的容抗值相同。容抗可以計(jì)算為Xc = 1/2ΠfC。

接下來就一步步計(jì)算電容降壓的容值，電流，功率：

1）容值計(jì)算

Xc = 4220Ω = 1/ 2πfC

F = 50Hz

C = 1/ 4220 x 2 x π x 50 = 0.754μf

由于容抗與電容值成反比，因此選擇的電容器標(biāo)準(zhǔn)值需要高于計(jì)算值才能獲得更大的電流。

所以，如果我們選擇一個(gè) 1μf 的電容，它的容抗是3183.1Ω。

與電阻降壓器的計(jì)算方式相同，電容器上的壓降是216V，那么電路中的電流值= 216 / Z。

電阻降壓電路是純電阻性的，但電容降壓電路有一個(gè)無功分量，即容抗。純?nèi)菪院妥栊载?fù)載相差90度，容性電路中電流相位超前電壓相位。

2）輸出電流計(jì)算

阻抗Z = 1/2ΠfC + R 2 = 3184.67Ω；

輸出電流變?yōu)?216/3184.67 = 67mA，其中包括了 50mA 負(fù)載電流和齊納二極管電流 Iz = 17mA。

3）輸出功率計(jì)算

電路的輸入功率按視在功率計(jì)算，因?yàn)樗瑫r(shí)包含有功功率和無功功率。視在功率 = VI = 230 x 0.067 = 15.41W。

電容器的功率 = I x I x XL sin 90 = 0.067 x 0.067 x 3183.1 = 14.28VAR

輸出負(fù)載功率 = 12V x 50mA = 0.6W

與消耗有功功率的電阻降壓器不同，電容降壓電路中的大部分功率是無功功率。因此，使用電容降壓器遠(yuǎn)比使用電阻降壓器效率更高。電容降壓電路也有許多缺點(diǎn)，比如該電路在交流線路和直流輸出之間沒有電氣隔離，這可能會(huì)導(dǎo)致電擊或其他電氣事故。它僅對(duì)小電流的產(chǎn)品有用，對(duì)于有大負(fù)載輸出要求的產(chǎn)品不可行，因?yàn)榇箅娏餍枰叩碾娙荩@也意味著電容器的體積會(huì)更大，不便于集成。