节约成本有妙招 电容BUCK电路中元器件选择

更小的体积成本，更高的效率与质量一直是电源设计者们所期望的。为了最大程度上的实现这个目标，在电路设计中往往使用电容buck电路的方法来实现降压，从而代替传统的电源变压器。

但值得注意的是，虽然这种方法能够节省成本，但如果选择错了元器件，不但达不到预期的效果，还会对电路造成损坏。本文从实际应用角度，介绍如何正确的选择电容降压元器件来组成的buck电路。

图1

最简单的电容降压直流供电电路及其等效电路如图1，C1为降压电容，一般为0.33~3.3uF。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2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图。

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=0.62C1。

由此可以得出以下的结论：

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=0.62C1，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=0.62C1，可以算得C1=1.2uF。考虑到稳压管VD5的的损耗，C1可以取1.5uF，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9.3V，则损耗为0.86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9.3V，总降压为18.3V，考虑到留有一定的余量，因此C2耐压取25V以上为好。

本文从电路中的实际应用角度出发，介绍如何正确的选择电容降压元器件来组成的buck电路。希望通过本篇文章的介绍，各位设计者们能够进一步对buck电路的设计有所了解，并提高自己所设计的电路的性能，减少不必要的体积。