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作者：硬件那点事儿
转自：电源网星球号
《手把手教你计算成本最低的AC转DC电源电路：阻容降压电路之电容降压》
Part 01 前言
阻容降压电源分为两大类，一类是电阻降压，一类是电容降压。使用电阻降压构建电源并不是一种有效的方法，因为它具有大量的热量损失。本篇文章我们会讲解电容降压电路的计算。我们可以在交流电路中使用电容器（电容自身的容抗）来降低电压。我们重点需要做的是计算电容器的容值，在交流电路中，电容可以像电阻一样降低电压，这利用了电容最基本的特性，也就是通交流阻直流，并且电容是属于储能元件，理想的电容是不损耗能量的。为了便于对比，我们以 12V、50mA 的负载和 230V、50Hz 的交流电源为例，使用与电阻降压电路方案相同的电路，只是将电阻器替换为电容器。因此，为了便于理解，我们先把电容降压所需的电阻阻值计算步骤放上。1）负载电压是12V，如果负载电流按50mA，那么R2电阻两端的电压是 0.05 x 100 = 5V。2）还要考虑桥式整流器的两个正向偏置二极管的压降的 1V（每个二极管 0.7 至 1.2V），1 x 2 = 2V。3）那么我们需要用 R1 下降的净电压就等于：230 – 12 – 5 – 2 = 211V；因为输入电压是 AC 电压，也就是 RMS 电压，所以它等于整流后的 RMS DC 电压。4）通过以上计算可知，R1电阻器需要在通过50mA 的电流下降低 211V 电压。那么 R = V/I = 211/50mA= 4220Ω电阻降压所需的电阻为 4220Ω，因此需要计算电抗值几乎接近 4220Ω 的电容器。有人会疑惑了，为什么电路图中的电容器并联了一个电阻器呢？这里的电阻的作用是当输入电源断电时，泄放电容中储存的电荷，避免断电后，人触摸插头被电击到。电阻的阻值在 470k – 1M 范围内，阻值比较大的阻值和电容的放电时间要求有关，因为阻值比较大，通过的电流比较小，因此在下面的计算中我们就忽略了R1，所以电容器两端的等效电阻几乎与电容的容抗值相同。容抗可以计算为Xc = 1/2ΠfC。C = 1/ 4220 x 2 x π x 50 = 0.754μf由于容抗与电容值成反比，因此选择的电容器标准值需要高于计算值才能获得更大的电流。所以，如果我们选择一个 1μf 的电容，它的容抗是3183.1Ω。与电阻降压器的计算方式相同，电容器上的压降是216V，那么电路中的电流值= 216 / Z。电阻降压电路是纯电阻性的，但电容降压电路有一个无功分量，即容抗。纯容性和阻性负载相差90度，容性电路中电流相位超前电压相位。阻抗Z = 1/2ΠfC + R 2 = 3184.67Ω；输出电流变为 216/3184.67 = 67mA，其中包括了 50mA 负载电流和齐纳二极管电流 Iz = 17mA。电路的输入功率按视在功率计算，因为它同时包含有功功率和无功功率。视在功率 = VI = 230 x 0.067 = 15.41W。电容器的功率 = I x I x XL sin 90 = 0.067 x 0.067 x 3183.1 = 14.28VAR输出负载功率 = 12V x 50mA = 0.6W与消耗有功功率的电阻降压器不同，电容降压电路中的大部分功率是无功功率。因此，使用电容降压器远比使用电阻降压器效率更高。电容降压电路也有许多缺点，比如该电路在交流线路和直流输出之间没有电气隔离，这可能会导致电击或其他电气事故。它仅对小电流的产品有用，对于有大负载输出要求的产品不可行，因为大电流需要更高的电容，这也意味着电容器的体积会更大，不便于集成。
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