详解电容降压电路计算实例

前言

上一篇文章我们讲解了阻容降压电源中的电阻降压电源的拓扑以及详细的计算方式，从上一篇文章中我们了解到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。

电容降压

阻容降压

电容降压器

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。

电容降压电路

电容降压电路计算实例

为了便于对比，我们和上篇文章一样，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，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(此处建议阅读上篇电阻降压电路的文章)。

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。

1)容值计算

Xc = 4220Ω = 1/ 2πfC

F = 50Hz

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。

2)输出电流计算

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。

3)输出功率计算

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

总结

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。

审核编辑：汤梓红