将220V交流电转换为低压直流的常规方法是采用变压器降压,然后再整流滤波。这种方法初、次级是隔离的,相对较安全。当受体积和成本等因素的限制时,最简单实用的方法就是采用电容降压式电源。电容降压式电源是一种非隔离电源,在应用上要特别注意隔离,防止触电。
一、电容降压原理
        电容降压的工作原理:利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。
        在50Hz的工频条件下,一个1uF的电容所产生的容抗约为3184.7Ω.而当加上220V/50Hz的交流电时,所能通过的电流则应为:Ic=U/Xc=220+3184.7=69mA。

        通常,在220V/50Hz的交流电路中,当负载电压远远小于220V时,电流与电容的关系式为:I=69C。其中,电容的单位为uF,电流的单位为mA。在220V/50Hz的交流电路中,理论电流值与实测电流值见表1。

        从表1可知,当220V/50Hz的交流电压加在1uF电容器两端时,则流过电容的最大电流约为70mA左右。虽然流过电容的电流有70mA左右,但在电容上并不产生功耗。如果在一个1uF的电容上再串联-一个阻性元件,则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性,如将-一个8W/110V的灯泡与一只1uF/400V的电容串联,接到220V/50Hz的交流电上,灯泡点亮,发出正常的亮度,而不会被烧毁。因为8W/110V的灯泡所需的电流为8W/110V=72mA左右,它与1uF电容在50Hz交流电所产生的限流特性基本相吻合。同理,也可以将1W/12V的灯泡与1uF/400V电容串联接到220V/50Hz的交流电上,灯泡同样会被点亮,而不会被烧毁,因为12V/1W的灯泡的工作电流约为83.3mA,接近流过1uF在50Hz条件下的电流。综上所述,电容降压实际上是利用容抗限流。
二、常用的电容降压电路


        电容降压式简易电源的基本电路如图1所示,C1为降压电容器,D1为半波整流二极管,D2在市电的负半周时给C1提供放电回路,D3是稳压二极管,R1为关断电源后C1电荷泄放电阻。在实际应用时常常采用如图2所示的电路。当需要向负载提供较大的电流时,可采用图3所示的桥式整流电路。


        这类电路通常用于非隔离的小电流电源中,它的输出电压取决于所使用的齐纳稳压管,或随阻性负载的变化而变化;所能提供的电流正比于限流电容的容量。当采用半波整流时,每1uF电容可得到电流(平均值)约为30mA; 如果采用全波整流可得到双倍的电流(平均值),即为60mA。
         此类电路全波整流虽电流稍大,但是采用浮地方式,其稳定性和安全性要比半波整流型差,所以用得较少。
三、注意事项
        采用电容降压时应注意以下几点:
        1. 根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容,,而不是依据负载的电压和功率。
        2.通常限流电容采用无极性电容,也可采用电解电容,但电路设计有所不同。对220V交流电,所需电容的耐压须在400V以上,最理想的电容为铁壳油浸电容。
        3.电容降压不能用于大功率负载,不适合动态负载,也不适合容性和感性负载。
        4.当需要直流工作时,尽量采用半波整流,不建议采用桥式整流,因为桥式整流产生浮置的地,并在零线和火线之间产生高压,易造成人体触电伤害。另外,这一方式也要满足恒定负载的条件。
四、元器件的选择
         1.在设计制作电路时,应先测定负载电流的准确值,然后参考示例来选择降压电容的容量。
         因为通过降压电容C1向负载提供的电流lo,实际C1的充放电电流Ic。C1容量越大,容抗Xc越小,则流经C1的充、放电电流越大。当当220k载电流lo小于C1的充AC220M放电电流时,多余的电流1uF/400V就会流过稳压管,若稳压管的最大允许电流(Iamax)小于lc-Io时,易造成稳压管烧毁。
         2.为保证c1可靠工作,其耐压选择应大于两倍的电源电压。
         3.泄放电阻R1的选择必须保证在要求的时间内泄放掉C1上的电荷。电阻R1为泄放电阻,其作用如下:若交流电在最大峰值时被切断,电容C1上的残存电荷无法释放,会长久存在,如果此时人体接触到c1的金属部分,便会有强烈的触电感,而电阻R1的存在,能将残存的电荷泄放掉,从而保证人口机安全。
         泄放电阻R1的阻值与电容的大小有关,一般电容的容量越大,残存的电荷就越多,泄放电阻的阻值就要选小些。在220V/50Hz的交流电路中,降压电容器C1与泄放电阻R1的选取值见表2。


五、应用举例
       一只较新的韩国产RSCW-307电动剃须刀,不能充电,无法使用。弃之可惜,决定修复。打开机壳,发现机内一小变压器烧黑,整流二极管和限流电阻烧断,振荡三极管B331击穿短路,充电电池E已无电压。为了修复该机,特实绘出其电路,如图4所示。


       由于变压器T烧坏,它的体积又太小,线径也太细,不便绕制,无法修复,决定对其改动修理,电路如图5所示。


        改动后,充电及使用均正常。使用一星期后,第二次充电,发现充电指示灯不亮,充上一晚上的电,只能用上一次,电池就没有电了。由于设备较新,充电电池应该没有问题,可能还是充电电路有问题。


         重新打开机壳,发现两只小体积1uF/400V的电解电容已鼓包损坏。根据以上电容降压原理进行分析,认为是电路设计不合理所致,仅把两只电解电容简单地反向串接起来,当做无极性电容器使用是行不通的,于是对电容降压部分作了更改,如图6所示,使用效果较好。若有1uF/400V无极性电容,也可采用图7所示电路,更为简单实用。