电容降压浅谈

qzlbwang

电容降压（包括阻容降压）电路属于串联阻抗降压电路。原理上与串联电阻降压类似。但是由于主要是依靠串联电容的容抗进行降压的，所以有功功率损耗非常微小（理想的电容理论上的有功损耗等于0）。对供电端来说只是额外增加了容性的无功电流而已。
先来看最简单的：
    假定负载是纯电阻性的。我们用电阻R来替代。那么串联电容降压实际上就是一个电阻电容串联电路。实际应用时大多数情况下我们需要得到一个比较低的输出电压，那么其串联的降压电容的容抗就远远大于电阻R。如下图：

从上述公式中我们可以看出：
                       1、电流与输入交流电压成正比。
                       2、电流与RC串联的阻抗成反比。
                       3、对于容抗Xc远大于电阻R的情况下，电阻R的变化对电流的影响比较小。（R的变化造成的阻抗Z的变化比较小）
                       4、输出电压与电流成正比，与电阻也成正比。
我们是否可以得出这样的结论（Xc>>R的情况下，下同）：
                  
                       1、电流（输入、输出）相对于输入电压的变化来说是成正比的关系。（并非恒流或近似恒流）
                       2、电流相对于负载电阻的变化来说是近似恒流关系。R的变化对电流的影响比较小。
                       3、输出电压正比于电阻R和输入交流电压，反比于阻抗Z（近似反比于容抗Xc，或者说近似正比于电容量C）。
（待续）

qzlbwang

对于输入电压为220V时：

九段

现在的充电器都是电容降压的吧？

lingnanyijian

感谢分享，辛苦了！

wangerdz

前年发现家里的数码万年历里的小变压器发热严重，就在变压器220v端串一电容，用0.47、0.68、1uF电容试换，发现空载时，总输入端的交流电流比不串电容大很多，有时又测得变压器2端的电压比220V的高很多，可能是电容电感振荡了，请问有好的办法吗？谢谢！

qzlbwang

回楼上：
变压器初级串联电容这样的做法不妥，
1、容量选择不当的话，会使实际加到变压器上的电压升高，甚至升高很多（该电容与变压器初级的电感发生串联谐振时），造成变压器的烧毁。
2、即便是容量选择得很恰当，加到变压器初级的电压正符合你的期望，由于串联容抗降压的特性，会使得不同负载电流时，变压器的输入和输出电压发生很大的变化。丧失了变压器输出电压基本稳定的优良特性。使得其供电的电路不能正常的工作。

qzlbwang

（继续）
2楼的这张表是在电源频率为50Hz、电压为220V的情况下作出的。
如果输入电压不是220V，那么其电流和输出电压都需要乘以(Ui/220)这个系数。比如说380V输入时，就需要乘以1.73。
输出有桥式整流的情况：

忽略整流桥正向压降的影响（影响很小），那么计算和上面类似，只不过对于直流来说，一般都用平均值来度量。而全部整流的平均值是其有效值的0.9倍。

qzlbwang

直流侧有滤波电容的情况：

由于有滤波电容的存在，过零点附近滤波电容上仍然有一定的电压，那么就会在这附近无电源电流流过，也就是说电流的导通角要减少。所以其输出电流要比没有此电容时要略小。偏小的程度和电容上的残留电压有关，也即和该电容的大小有关。那么到底影响有多大呢？我们不妨假设极限的情况看看：
假定该滤波电容足够大，使得其上的电压保持不变。由于这时候输入电流已经不是完整的正弦波，我们不能用前面的阻抗进行计算。我们就另辟蹊径：
1、输入的交流电压的峰值是1.414倍的有效值。用Up表示。
2、滤波电容上的电压（也就是输出电压）是Ud。
3、降压电容（C1）上的峰值电压是±(Up-Ud),
4、在一个周期内，降压电容上的电压的变化达2（Up-Ud）。其吞吐的电荷为Q=C1*4(Up-Ud)
5、那么其电流的平均值为:
                    Id=Q/t=C1*4(Up-Ud)/T
                   式中：Id是电流平均值，单位是mA
                                     C1是降压电容的容量，单位是μF
                                     Up是电源电压的峰值，单位是V
                                     Ud是输出直流电压，单位是V
                                     T是交流电源的周期，单位是ms
                                    
对于输入电压50Hz，电压220V来说：
                    Id=C1(311.1-Ud)/5

对比以上数据可以看出，加了滤波电容后输出电流略有下降。实际的情况在两者之间（因为滤波电容容量不可能达到理想情况），其容量越大，输出纹波越小，越接近本表的情况。

qzlbwang

epawp

楼主辛苦了。串联电容做法只适用于小功率（小电流）使用，这时候电容的容抗超过负载阻抗很多，用恒流源来计算就能解决问题，而负载电压就和负载电阻成正比，用不着那么复杂。另外安全问题比什么都要大，这是题外话了。

shanghairen

很有帮助，记下了，谢谢！

qzlbwang

epawp 发表于 2012-10-25 12:18
楼主辛苦了。串联电容做法只适用于小功率（小电流）使用，这时候电容的容抗超过负载阻抗很多，用恒流源来计 ...

这个帖子的目的：
1、帮助初学者正确理解电容降压问题。消除某些容易产生的误区。
2、让其达到“知其然，知其所以然”的目的。
3、学会正确进行估算和进行比较精确的计算方法。
4、提醒使用过程中的细节问题。
希望对初学者有所帮助。错误之处也欢迎大家拍砖。

qzlbwang

降压电容的估算：（对应于220V50Hz的输入电压）
1、对于交流输出的场合：C=I/(66～69)
2、对于无滤波电容的桥式整流场合：C=Id/(59～62)
3、对于有足够大滤波电容的桥式整流的场合：C=Id/(50～61)
      其中：C为降压电容的容量，单位μF
               I为交流电流的有效值，单位mA
               Id为直流电流的平均值，单位mA
     其分母的系数，输出电压较高的取较小的数值，反之取较大的数值。（60V左右取最小值，5V及以下取最大值）

qzlbwang

比较精确的计算：（足够大滤波电容的情况）
          C=Id×5/(311-Ud)
      符号的意义及单位与上述相同。对于交流输出和直流侧无滤波电容的情况按顶楼的公式进行计算（公式经适当变形），此处略。
滤波电容的近似计算：
滤波电容大小按对输出电压纹波的大小来选择，假如其纹波的峰-峰值为Up-p=Udmax  - Udmin,电容放电时间按6ms进行估算，则：C≥Id×6/Up-p