实用可靠地阻容降压电路分析

实用可靠地阻容降压电路分析
以前在论坛上看到阻容降压电路，很多人都说不稳定，不可靠，比较危险，但是仔细想想声控开关、触摸开关、定时插座等等那么小的东西，如果不采用阻容降压的方式，怎么取电呢？那么多大量实际应用，足以说明阻容降压电路可以设计的稳定可靠。

当然如果是电力行业、工业领域等要求比较严格的场合，那就另当别论了。

先转载一下阻容降压电路的原理吧：
这一类的电路通常用于低成本取得非隔离的小电流电源。

它的输出电压通常可在几伏到三几十伏，取决于所使用的齐纳稳压管。

所能提供的电流大小正比于限流电容容量。

采用半波整流时，每微法电容可得到电流（平均值）为：（国际标准单位）I(AV)=0.44*V/Zc=0.44*220*2*Pi*f*C
=0.44*220*2*3.14*50*C=30000C
=30000*0.000001=0.03A=30mA
f为电源频率单位HZ;C为电容容值单位F法拉;V为电源电压单位伏V;Zc=2*Pi*f*C为阻抗阻值单位欧姆.
如果采用全波整流可得到双倍的电流（平均值）为：
I(AV)=0.89*V/Zc=0.89*220*2*Pi*f*C
=0.89*220*2*3.14*50*C=60000C
=60000*0.000001=0.06A=60mA
一般地，此类电路全波整流虽电流稍大，但是因为浮地，稳定性和安全性要比半波整流型更差，所以用的更少。

使用这种电路时，需要注意以下事项：
1、未和220V交流高压隔离，请注意安全，严防触电！
2、限流电容须接于火线，耐压要足够大（大于400V），并加串防浪涌冲击兼保险电阻和并放电电阻。

3、注意齐纳管功耗，严禁齐纳管断开运行。

电容降压式电源将交流式电转换为低压直流
电容降压原理
电容降压的工作原理并不复杂。

他的工作原理是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。

例如，在50Hz 的工频条件下，一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。

当220V的交流电压加在电容器的两端，则流过电容的最大电流约为70mA。

虽然流过电容的电流有70mA，但在电容器上并不产生功耗，应为如果电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所作的功为无功功率。

根据这个特点，我们如果在一个1uF的电容器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。

例如，我们将一个110V/8W的灯泡与一个1uF的电容串联，在接到220V/50Hz的交流电压上，灯泡被点亮，发出正常的亮度而不会被烧毁。

因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V=72mA，它与1uF电容所产生的限流特性相吻合。

同理，我们也可以将5W/65V的灯泡与1uF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5W/65V的灯泡的工作电流也约为70mA。

因此，电容降压实际上是利用容抗限流。

而电容器实际上起到一个限制
电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。

将交流式电转换为低压直流的常规方法是采用变压器降压后再整流滤波，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。

一、电路原理
电容降压式简易电源的基本电路如图1，C1为降压电容器，D2为半波整流二极管，D1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的电荷泄放电阻。

在实际应用时常常采用的是图2的所示的电路。

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。

整流后未经稳压的直流电压一般会高于30伏，并且会随负载电流的变化发生很大的波动，这是因为此类电源内阻很大的缘故所致，故不适合大电流供电的应用场合。

二、器件选择
1. 电路设计时，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器的容量。

因为通过降压电容C1向负载提供的电流Io，实际上是流过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。

当负载电流Io小于C1的充放电电流时，多余的电流就会流过稳压管，若稳压管的最大允许电流Idmax小于Ic-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。

三、设计举例
图2中，已知C1为0.33μF，交流输入为220V/50Hz，求电路能供给负载的最大电流。

C1在电路中的容抗Xc为:
Xc=1 /（2 πf C）= 1/（2*3.14*50*0.33*10-6）= 9.65K
流过电容器C1的充电电流（Ic）为：
Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA。

通常降压电容C1的容量C与负载电流Io的关系可近似认为：C=14.5 I，其中C的容量单位是μF，Io的单位是A。

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。

以上原理部分转载自网络，但是这仅仅是个原理，应用这个电路会涉及到上电冲击电流过大的问题，很容易使C2爆掉，所以这个原理性的电路是不稳定不可靠的。

这种情况下其实只需加一个限流电阻或者电感就可以使电路稳定可靠地工作了。

转载一个网上比较实用的电路：
因受到成本的制约，具有成本优势的阻容降压在现在的电控风扇和其它小家电中应用非常广泛，现就目前最常用的半波整流电路对其进行详细的分析；
此图是一个220VAC/50Hz供电输出5.1VDC <30mA的阻容降压原理图，交流电源从ACL和ACN端输入，其中FUSE（F2A250V保险管）为过流保护，VAR（10D511K压敏电阻）为浪涌保护，C1（MKP-X2 0.1uF/275VAC安规电容）为交流滤波电容，因这三个器件和线路板（或称PCB）直接关系到控制器的安全与电磁兼容性，所以它们必须通过销售国的安全认证，如在中国销售的必须通过CCC认证，其它如美国的UL认证、欧洲的TUV或VDE认证、日本的JET认证等。

电路中C2是降压电容；常用CL21聚脂或CBB21聚丙烯（价格高，性能好），其容抗Rc=1/2ΠFC2，其中Π≈3.14，F=电网频率（50Hz），C2为电容容量，单位是F（法拉），所以此图中C2的容抗Rc≈3.184KΩ，在220VAC输入半波整流条件下最大能输出34.54mA电流，但在实际使用当中，电网电压和电网频率都有波动，所以我们在设计此电容大小时必须考虑到最坏的情况下使用不会出现异常和损坏，还要求在设计时余量不能预留过大以降低整机功耗，同时此电容容量越大电路越不安全，我们在设计此电路时，如果220VAC供电情况下容量超过2.5uF，120VAC供电情况下容量超过4uF就因该放弃阻容降压考虑其它电路。

电路中R1是为C2放电的电阻；防止在快速插拔电源插头或插头接触不良时C2电容上的残余电压和电网电压叠加对后续器件形成高压冲击和防止拔出电源插头后接触到人体对人员产生伤害，所以此RC时间常数在理想状态下≤T（T=1/F，F=50Hz），但在实际使用当中R1不能取太小，否则R1功耗太大，一般我们取RC时间常数≤300mS，另外还要注意此电阻的耐压，我们常用的0.25W碳膜电阻耐压是500V，0.5W碳膜电阻耐压是700V，具体可以参考电阻厂家的性能手册。

电路中R2、R3为限流电阻；此电阻主要是防止首次上电和在快速插拔电源插头或插头接触不良时所产生的高压冲击对整流二极管的损坏，电容C2在首次上电如果刚好碰在波峰处，因C2在通电瞬间呈短路状态，此时交流电源直接加在R2、R3和整流管上，R2、R3上有220VAC×1.414=311VDC瞬间直流电压；电容C2在快速插拔电源插头或插头接触不良时，如果电容C2在第n+1波峰处断电，在n+2波峰处通电，电容C2在n+1到n+2时间内放掉⊿V（由C2，R1决定），此时R2、R3上有220VAC×1.414+（220VAC×1.414-⊿V）=622VDC-⊿V瞬间直流电压，如果考虑到电网电压的波动，此电压会更高，所以R2，R3要选择耐电流冲击强和耐高压的电阻，一般选用大功率氧化膜电阻或金膜电阻，R2、R3总电阻不能太小，也不能太大，电阻太小冲击电流大，电阻太大整个电路功耗增大，整流二极管的峰值电流一般会比较大，如1N400X系列峰值电流为200A，所以一般取R2、R3总电阻=40-50Ω之间。

电路中D1、D2为整流二极管，组成半波整流回路，C3、C4组成第一级滤波，这里要注意的是C3、C4电容的耐压值和电网最高电压、电网最高频率、C2、ZD1、R4有关，如果此产品最高工作电压是242VAC，电网最高频率是53Hz，则C3，C4最高耐压
≈(242VAC×1.414)/（1/2ΠFC2）×R4+5.1≈22.2VDC，所以C3、C4选用耐压≥25VDC的产品，R4、C5、C6组成第二级RC滤波同时ZD1将电压稳定在5.1VDC上，R4的大小决定了产品在低工作电压下的纹波大小，R5是放电电阻，R5的作用首先是在快速插拔电源插头或插头接触不良时在断电瞬间对滤波电容放电，以使通电瞬间时的冲击电流从电容上耦合过去，防止冲击电流加到稳压二极管上造成稳压二极管损坏，同时从这点考虑，在处理PCB布线时必须将稳压二极管放在滤波电容C5、C6后面，防止PCB铜箔上的寄生电感和铜箔电阻对滤波的影响。