如何计算简易电源的降压电容容量

带降压电容的电源，是为某些小功率设备供电的最简单方案。

虽然结构简单，但它也有两个缺点：
1. 它与市电没有电气隔离！因此，这类电源只能用于不会有人接触到其端子的场合。
2. 这类电源的输出电流不大。要提高输出电流，就得增大降压电容的容量，电容的体积也会变得相当可观。

注意：务必小心，电源通电时不要触碰它的端子。

这种电源最简单的电路如下：


从电路图可以看出，电容与市电串联。它起到镇流作用，部分电压降落在电容上。
电容不通过直流电，但由于市电是交流电，电容会不断充放电，因此输出端仍然会有电流。电流大小直接取决于电容的容量。

因此，要计算电容容量，至少需要知道这台电源的输出电流，还要考虑稳压器自身的耗电，通常是几mA。

那么，有两种公式：一种复杂，一种简单。
复杂公式适用于计算任意输出电压的情况。
简单公式适用于输出电压不超过输入电压10%的情况。
I——电源的输出电流
Uвх——市电电压，例如220 V
Uвых——电源输出端的电压（如果有稳压器，则为稳压器前的电压），例如12 V。
C——要求的电容容量。


例如，我想做一台输出电流最高为150 mA的电源。上面给出了电路示例，应用场景是给一个工作电压为5 V的无线遥控器和一个12 V继电器供电。
代入0.15 A，算得电容容量为2.18 µF。可以选最接近的标准值2.2 µF，也可以按“进口标法”选225。


看起来一切都不错，电路也很简单，但还有几个问题需要解决：
1. 接通电源时的浪涌电流可能会烧毁整流桥。
2. 电容损坏时可能造成短路。
3. 如果保持原样，输入电容可能会造成电击，因为电源断开市电后，电容上仍可能长时间带有电压。
4. 移除负载后，整流桥后、稳压器前的电容电压会升到相当高的数值。


解决办法：
1. 在电容前串联电阻R1。
2. 加入0.5 A保险丝。
3. 在电容两端并联电阻R2。
4. 在整流桥后的电容两端并联一个12 V瞬态抑制二极管。我不建议在这里使用稳压二极管，瞬态抑制二极管的功率耗散能力更强，电路也会更可靠。

我用红色标出了新增元件，蓝色部分则是一个小小的补充：LED。


不过，廉价LED灯泡也经常使用降压电容。这并不好，因为这类灯泡可靠性较低，而且常常有较大的光输出纹波。
下面是这类灯泡的简化电路。


我们来试着计算这种应用所需的电容容量。由于输出电压显然超过输入电压的1/10，因此要使用第一个公式。
我将输出电压设为48 V，即16颗LED，每颗3 V。当然，这只是估算，但与实际情况相差不大。
电流为20 mA，这是大多数指示灯LED的典型最大电流。

我算出所需电容容量为0.298 µF。最接近的常见标称值是0.27 µF或0.33 µF。前者要少见得多，后者则会导致电流超标，因此可以用两个电容并联，例如各取0.15 µF。并联时，电容容量相加。


电容容量的问题解决了，还剩下两点：
1. 电容的耐压
2. 电容的类型。

耐压方面很简单，可以用400 V电容，但630 V的更可靠，只是体积也更大。

电容类型就稍微复杂一些。 对于这种用途，最好使用专为此类应用设计的电容器，例如К73-17、CL21、X2
照片中的是CL21电容器


下面这种方案更可靠。别看上面标着280 V，这个数值指的是交流有效电压，因此它比К73-17或CL21更可靠。


这类电容器也可能长这样：


现在可以再仔细看看，要组装这样一个“简单”的电源到底需要些什么，然后想想它值不值得做。
有些情况下它确实能派上用场，但缺点一大堆。所以在我看来，最好还是直接用一个小型开关电源，它已经具备稳定的输出电压、电气隔离，而且输出电流也更大。
这类电源可以参考我写的四种方案的详细评测，里面有测试、原理图和拆解。


不过还可以做得更好。现在一体式电源已经很常见了，本质上就是一个小方块，里面装着微型电源。
例如Hi-link生产的HLK-PM01，每个售价约2美元。


或者它们的中国仿制品TSP-05 ，由Tenstar robot生产，每个便宜一些，售价1.93美元。
实际使用表明，它们的质量不相上下。


如上所述，它们是模块化封装的开关电源。电源装在塑料外壳中，并用环氧树脂灌封。
它们有多种输出电压规格，而且能将电压维持在相当稳定的水平。


再近距离看看内部结构，照片中是Hi-link的版本。


差不多就这些了。希望这篇文章对你有帮助，我今后也会尽量继续寻找有意思的话题。也欢迎大家提出建议，告诉我“新手入门”栏目里还想看到什么内容。