LED阻容降压电路原理及元件参数计算

LED阻容降压电路原理及元件参数计算
因受到成本的制约，具有成本优势的阻容降压在现在的LED灯具及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。

阻容降压电路的设计计算
阻容降压电路的设计，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 /（2πf 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。