最简单的电容降压直流供电电路及其等效电路,C1为降压电容,一般为0。33~。假设C1=2uF,其容抗XCL=1/(2PI*fC1)=1592。由于整流管的导通电阻只有几欧姆,稳压管VS的动态电阻为10欧姆左右,限流电阻R1及负载电阻RL一般为100~200,而滤波电容一般为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电阻,可以画出图的交流等效电路。同时满足了XC1>R的条件,所以可以画出电压向量由于R甚小于XC1,R上的压降VR也远小于C1上的压降,所以VC1与电源电压V近似相等,即VC1=V。根据电工原理可知:整流后的直流电流平均值Id,与交流电平均值I的关系为Id=V/XC1。若C1以uF为单位,则Id为毫安单位,对于22V,50赫兹交流电来说,可得到Id=。
由此可以得出以下两个结论:在使用电源变压器作整流电源时,当电路中各项参数确定以后,输出电压是恒定的,而输出电流Id则随负载增减而变化;使用电容降压作整流电路时,由于Id=,可以看出,Id与C1成正比,即C1确定以后,输出电流Id是恒定的,而输出直流电压却随负载电阻RL大小不同在一定范围内变化。RL越小输出电压越低,RL越大输出电压也越高。C1取值大小应根据负载电流来选择,比如负载电路需要9V工作电压,负载平均电流为75毫安,由于Id=,可以算得C1=。考虑到稳压管VD5的的损耗,C1可以取,此时电源实际提供的电流为Id=93毫安。
稳压管的稳压值应等于负载电路的工作电压,其稳定电流的选择也非常重要。由于电容降压电源提供的的是恒定电流,近似为恒流源,因此一般不怕负载短路,但是当负载完全开路时,R1及VD5回路中将通过全部的93毫安电流,所以VD5的最大稳定电流应该取100毫安为宜。由于RL与VD5并联,在保证RL取用75毫安工作电流的同时,尚有18毫安电流通过VD5,所以其最小稳定电流不得大于18毫安,否则将失去稳压作用。限流电阻取值不能太大,否则会增加电能损耗,同时也会增加C2的耐压要求。如果是R1=100欧姆,R1上的压降为,则损耗为瓦,可以取100欧姆1瓦的电阻。滤波电容一般取100微法到1000微法,但要注意其耐亚的选择。前已述及,负载电压为9V,R1上的压降为,总降压为,考虑到留有一定的余量,因此C2耐压取25V以上为好。
电容滤波是有频段的,很多人以为电容是越大越好,其实不然,每个电容有一定的滤波频段,大电容滤低频,小电容滤高频,主要是根据电容的谐振频点来决定,电容在谐振频率点处有最佳的滤波效果。在以谐振点为中心的一段频段之内有较好的滤波效果,其他部分滤波效果不佳!电容的谐振点与电容的容值以及ESL(等效串联电感)相关。通常我们建议在电源端口增加UF级别电容来滤波几百KHZ到5MHZ之间的差模干扰,原因就是UF级别电容谐振点在1MHZ左右。另外建议加在高频数字电路上我们建议加1nF贴片电容,原因就是1nf电容的谐振频率在100MHZ之间,不同厂家谐振频点有所不同,这样比较好滤波几十MHZ到200MHZ干扰,有利与EMI问题解决。
电容滤波与治水问题是一样得,电容只是起到一个沟渠得作用,能否滤波还取决与电容接的地上干扰的大小。我们经常发现工程师解决干扰问题加电容没有效果,有很大程度是地上干扰本身很大!反而把地上干扰引到信号或电源上来!大家需要注意,地上干扰在有些情况小并不是最小的!所以我们强调滤波有一个重要的基础,就是所接的地要干扰小,就是通常说的“静地”。