电容降压型直流稳压辅助电源分析

　　本文介绍一种新颖的电容降压型直流稳压电路，电路不含变压器，只由几个简单的电子元件组成。输出DC电压可在很宽的范围内任意调节，只需要改变基准电压元件。

　　一、 概述

　　电子工程师总是在不断追求减小设备体积，优化设计，以期最大限度地降低设备成本。其中，减小作为辅助电源的直流稳压电源电路部分的体积，往往是最难解决的问题之一。

　　普通的线性直流稳压电源电路效率比较低，电源的变压器体积大，重量重，成本较高。

　　开关电源电路结构较复杂，成本高，电源纹波大，RFI和EMI干扰是难以解决的。

　　下文介绍的是一种新颖的电容降压型直流稳压电源电路。

　　这种电路无电源变压器，结构非常简单，具体有：体积小、重量轻、成本低廉、动态响应快、稳定可靠、高效(可达90%以上)等特点。

　　二、 电容降压原理

　　当一个正弦交流电源U(如220V AC 50HZ)施加在电容电路上时，电容器两极板上的电荷，极板间的电场都是时间的函数。也就是说：电容器上电压电流的有效值和幅值同样遵循欧姆定律。

　　即加在电容上的电压幅值一定，频率一定时，就会流过一个稳定的正弦交流电流ic。容抗越小(电容值越大)，流过电容器的电流越大，在电容器上串联一个合适的负载，就能得到一个降低的电压源，可经过整流，滤波，稳压输出。

　　电容在电路中只是吞吐能量，而不消耗能量，所以电容降压型电路的效率很高。

　　三、 原理方框图

　　

 

　　电路由降压电容，限流，整流滤波和稳压分流等电路组成。

　　1.降压电容：相当于普通稳压电路中的降压变压器，直接接入交流电源回路中，几乎承受全部的交流电源U，应选用无极性的金属膜电容(METALLIZED POLYESTER FILM CAPACITOR)。

　　2.限流电路：在合上电源的瞬间，有可能是U的正或负半周的峰_峰值，此时瞬间电流会很大，因此在回路中需串联一个限流电阻，以保证电路的安全。

　　3.整流滤波：有半波整流和全波整流，与普通的直流稳压电源电路的设计要求相同。

　　4.稳压分流：电压降压回路中，电流有效值I是稳定的，不受负载电流大小变化的影响，因此在稳压电路中，要有分流回路，以响应负载电流的大小变化。

　　四、 设计势实例

　　1.桥式全波整流稳压电路：

　　

 

　　规格要求：输出DC电压12V，DC电流300mA;输入电源220V AC/50HZ 市电。

　　1)降压电容C1的选择：

　　a. C1容值的选择：

　　电容值取决于负载电流，负载电流I确定后,可得: C1≥1/2лfU

　　式中交流电源U值计算时取负10%，即：

　　I=300mA，U=220V*(-10%)=198V，f=50HZ,

　　C1≥0.3(2*3.14156*50*198)=4.82uF)

　　电容值只可取大，不可取小，本例电容C1取值5uF。

　　b. 耐压值的选择：

　　要考虑电源正10%的情况，如本例用市电，C1要选择250V AC的金属膜电容。

　　c. 耐瞬间冲击电流的选择：

　　金属膜电容的内阻是很低的，允许电容在吞吐能量时，有大的电流流过，这个电流的大小取决于电容值和它的du/dt值，此值由电容的结构，金属膜的类型，引出线的方式决定的。

　　du/dt值与电容的耐压值有关，耐压越高，du/dt值越大，不同厂家产品du/dt值也有很大的差别，如耐压为250VAC电容值为5uF的金属膜电容的du/dt值一般在3-30之间选择。

　　在本例中：C1=5uF，du/dt值取3，则C1耐瞬间冲击电流值为：

　　I=Cdu/dt=5*3=15(A)