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1、阻容降压原理及稳压电源设计详解 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
2、 AC 50HZ)施加在电容电路上时，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
3、无极性的金属膜电容(METALLIZED 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：fH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：C11/2nfU 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，金属膜的类型, 引出线的方式决
5、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：C1 = 5uF，du/dt值取3,则C1耐瞬间冲击电流值为：I二Cdu/dt = 5*3 = 15 (A)2) 限流电阻R1的选择：先求 C1 的容抗：Xc = 1/2nfC=1/(2*3.1416*50*0.000005)=636.36Q则复阻抗：|Z|=638.3 Q （R1取值为47Q） 求得电流有效值为：I二U/|Z|=220/638.3344.7mA 电阻实际承受的有效电压值：UR=
6、344.7mA *47Q =16.2V 求出电阻实际承受的功率：PR=16.2V*344.7mA=5.58W（Rl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180Q1/6W； T1管响应负载电流的大小 变化,负载电流可在0 300mA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30Q/3W。2. 半波整流稳压电路：规格要求：输出一组24V DC电压（如提供继电器工作用），一组DC电压 5V （如供微控制器工作
7、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，卩120mA，得出： C11/2nfU=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：I = Cdu/dt = 2*3 = 6 （A）2）限流电阻R1的选择：电路的复阻抗：Xc=1/（2*3.14156*50*0.000002）=1.464KQ|Z|=1.467 KQ （R1 取值 100Q） 求得电流有效值： I=U/|Z|=220/1.4
8、67=150mA 再求出电阻承受的有效电压值为：UR=150mAX100 =15V 求出电阻实际承受的功率：PR=15VX150mA = 2.25W（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，Tl、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；
