本文介绍的电容器自动放电模块是一种安全保护模块，当电源电路的输入电源断开时，它会自动放电电源电路中的缓冲/滤波电容器。它作为一个集成泄放电阻的电子开关，可以安全地释放缓冲/滤波电容器中存储的能量。
简而言之，电容器自动放电模块可在高压电源关闭后，将正负电源轨短路。如果没有电容器自动放电机制，系统关闭后意外接触电容器，其中的残留的电能可能会导致严重触电。
图1：缓冲/滤波电容器模块的外观。
但在讨论其余内容之前，让我们先看一些相关的要点。
在电源电路中，缓冲电容器(也称为滤波电容器)可以储存能量，并通过平滑电压波动和滤除噪声来提供稳定、干净的电源输出。它还可以缓冲电压并在短时负载下提供高峰值电流。
缓冲/滤波电容器可以储存电荷，有时甚至可以持续储存很长一段时间，在某些高压电路中，它们所储存的能量是危险的，甚至可能致命，特别是对于维修技术人员而言。
然后是泄放电阻，它基本上就是一个标准电阻，与电源的缓冲/滤波电容器并联，以便在电源电路关闭时对缓冲/滤波电容器进行放电。
由于泄放电阻有助于将存储的电荷降低到一个较低(安全)的值，因此它应具有一个能使电容快速放电的阻值。然而，对于放电速度的具体要求目前尚无统一标准，因此可能需要进行一些实验来确定合适的值。
此外，电容器的时间常数(TC)是衡量电容器在电路中充电或放电速度的指标。时间常数越高，电容器的响应速度越慢，反之亦然。
图2：当电源电路关闭时，泄放电阻器会放电缓冲/滤波电容器。
当电容器开始充电时，电容器时间常数告诉我们，经过一个时间常数后，电容器将达到其最终电压的约63%。经过五个时间常数后，电容器被认为接近充满电，达到总电压的99%以上。
此外，经过一个电容器时间常数后，电容器将放电至其初始电压的约37%。然后，它将继续以指数形式放电，经过五个时间常数后电压降到接近于零。
请记住，RC时间常数(τ)是通过电阻器将电容器从初始充电电压零一直充电到施加直流电压值的约63.2%所需的时间，或通过相同电阻器将电容器放电到其初始充电电压的约36.8%所需的时间。
图3：这就是充电和放电循环的工作原理。
回到正题，电容自动放电电路在现代电源和音频系统中并非必需，然而，出于各种原因，有些创客倾向于将其作为一个微小的附加模块使用。幸运的是，制作这样一个可靠运行的小模块并不难。
下面是一个简单的实际示例，展示的可能是构建一个可适应且经济实惠的电容器自动放电模块的最简单方法。
图4：该原理图描绘了电容器自动放电器，该放电器使用N沟道功率MOSFET通过泄放电阻器对电容器进行放电。
你可能已经注意到，电路的前端是一个单独的交流电源传感器(OK1)，它检测交流电并保持泄放器(R4)断开，直到电源关闭。但是，一旦传感器检测到电源不再可用，泄放器就会通过放电开关(Q1)与电路建立连接。
显然，这个想法对于绝大多数应用来说已经足够了。图中所示的元件是根据标称工作电压计算的，没有什么特别关键的组件。
图5：上述面包板原型被设置用于仅对一个12V滤波电容器(4700uF)以及一个10KΩ电阻器(作为R2)和一个100Ω电阻器(作为R4)进行放电。
你可以将其设置为其他工作电压。你还可以更换泄放电阻，根据需要选择放电速度。
最后，提供一些有助于选择合适组件的实用建议。
放电开关(功率MOSFET)的选择有很多，所以在你最喜欢的供应商的网站上搜索一下，就能找到一些有用的信息。任何额定电压合适的功率MOSFET都可以使用，只要你确保留有余量。
需要注意，齐纳二极管(ZD1)的唯一作用是当电路电压超过20V时，保护MOSFET(Q1)的栅极。电阻R2通常应通过约1mA的电流。因此，如果电容电压为40V，则R2的阻值应为39KΩ。
除了Q1和R2之外，唯一需要更改的元件是R4。请注意，放电时间基于一个简单的时间常数，即滤波电容(C-FIL)和泄放电阻(R4)。
还需要注意的是，虽然电容器自动放电电路易于实现，但仍需谨慎选择合适的泄放电阻和放电开关，这将有效降低因过热和瞬态现象导致的可靠性问题。
本文提出的电路方案绝非开发紧凑型电容器自动放电模块的唯一方法，还有多种可能性，但大多数要么不经济，要么更加复杂。
(原文刊登于EDN姊妹网站Planet Analog，参考链接：The anatomy of a capacitor auto-discharge circuit，由Ricardo Xie编译。)
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