電容降壓電路的特點及元器件選擇,Capacitor step-down circuit

關鍵字：電容降壓電路的特點及元器件選擇

在電子制作時，為了減小體積、降低成本，往往采用電容降壓的方法代替笨重的電源變壓器。采用電容降壓方法如元器件選擇不當，不但達不到降壓要求，還有可能造成電路損壞。本文從實際應用角度，介紹電容降壓元器件應如何進行正確選擇。
最簡單的電容降壓直流供電電路及其等效電路如圖1，C1為降壓電容，一般為0.33~3.3uF。假設C1=2uF，其容抗XCL=1/(2PI*fC1)=1592。由于整流管的導通電阻只有幾歐姆，穩壓管VS的動態電阻為10歐姆左右，限流電阻R1及負載電阻RL一般為100~200，而濾波電容一般為100uF~1000uF，其容抗非常小，可以忽略。若用R代表除C1以外所有元器件的等效電阻，可以畫出圖2的交流等效電路。同時滿足了XC1>R的條件,所以可以畫出電壓向量圖。

由于R甚小于XC1，R上的壓降VR也遠小于C1上的壓降，所以VC1與電源電壓V近似相等，即VC1=V。根據電工原理可知：整流后的直流電流平均值Id,與交流電平均值I的關系為Id=V/XC1。若C1以uF為單位，則Id為毫安單位，對于22V，50赫茲交流電來說，可得到Id=0.62C1。
由此可以得出以下兩個結論：（1）在使用電源變壓器作整流電源時，當電路中各項參數確定以后，輸出電壓是恒定的，而輸出電流Id則隨負載增減而變化；（2）使用電容降壓作整流電路時，由于Id=0.62C1,可以看出，Id與C1成正比，即C1確定以后，輸出電流Id是恒定的，而輸出直流電壓卻隨負載電阻RL大小不同在一定范圍內變化。RL越小輸出電壓越低，RL越大輸出電壓也越高。
C1取值大小應根據負載電流來選擇，比如負載電路需要9V工作電壓，負載平均電流為75毫安，由于Id=0.62C1，可以算得C1=1.2uF。考慮到穩壓管VD5的的損耗，C1可以取1.5uF，此時電源實際提供的電流為Id=93毫安。
穩壓管的穩壓值應等于負載電路的工作電壓，其穩定電流的選擇也非常重要。由于電容降壓電源提供的的是恒定電流，近似為恒流源，因此一般不怕負載短路，但是當負載完全開路時，R1及VD5回路中將通過全部的93毫安電流，所以VD5的最大穩定電流應該取100毫安為宜。由于RL與VD5并聯，在保證RL取用75毫安工作電流的同時，尚有18毫安電流通過VD5，所以其最小穩定電流不得大于18毫安，否則將失去穩壓作用。
限流電阻取值不能太大，否則會增加電能損耗，同時也會增加C2的耐壓要求。如果是R1=100歐姆，R1上的壓降為9.3V,則損耗為0.86瓦,可以取100歐姆1瓦的電阻。
濾波電容一般取100微法到1000微法,但要注意其耐亞的選擇.前已述及,負載電壓為9V,R1上的壓降為9.3V,總降壓為18.3V,考慮到留有一定的余量,因此C2耐壓取25V以上為好。

山東 瞿貴榮