詳解電容降壓電路計算實例

前言

上一篇文章我們講解了阻容降壓電源中的電阻降壓電源的拓撲以及詳細的計算方式，從上一篇文章中我們了解到使用電阻降壓構建電源并不是一種有效的方法，因為它具有大量的熱量損失。本篇文章我們會講解電容降壓電路的計算。

電容降壓

阻容降壓

電容降壓器

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。我們重點需要做的是計算電容器的容值，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，并且電容是屬于儲能元件，理想的電容是不損耗能量的。

電容降壓電路

電容降壓電路計算實例

為了便于對比，我們和上篇文章一樣，以 12V、50mA 的負載和 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，降壓所需的電阻為 4220Ω，因此需要計算電抗值幾乎接近 4220Ω 的電容器(此處建議閱讀上篇電阻降壓電路的文章)。

有人會疑惑了，為什么電路圖中的電容器并聯了一個電阻器呢?這里的電阻的作用是當輸入電源斷電時，泄放電容中儲存的電荷，避免斷電后，人觸摸插頭被電到。電阻的阻值在 470k – 1M 范圍內，阻值比較大的阻值和電容的放電時間要求有關，因為阻值比較大，通過的電流比較小，因此在下面的計算中我們就忽略了R1，所以電容器兩端的等效電阻幾乎與電容的容抗值相同。容抗可以計算為Xc = 1/2ΠfC。

1)容值計算

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準值需要高于計算值才能獲得更大的電流。

所以，如果我們選擇一個 1μf 的電容，它的容抗是3183.1Ω。

與電阻降壓器的計算方式相同，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無功分量，即容抗。純容性和阻性負載相差90度，容性電路中電流相位超前電壓相位。

2)輸出電流計算

阻抗Z = 1/2ΠfC + R 2 = 3184.67Ω;

輸出電流變為 216/3184.67 = 67mA，其中包括了 50mA 負載電流和齊納二極管電流 Iz = 17mA。

3)輸出功率計算

電路的輸入功率按視在功率計算，因為它同時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

輸出負載功率 = 12V x 50mA = 0.6W

總結

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，使用電容降壓器遠比使用電阻降壓器效率更高。電容降壓電路也有許多缺點，比如該電路在交流線路和直流輸出之間沒有電氣隔離，這可能會導致電擊或其他電氣事故。它僅對小電流的產品有用，對于有大負載輸出要求的產品不可行，因為大電流需要更高的電容，這也意味著電容器的體積會更大，不便于集成。

審核編輯：湯梓紅