聊聊阻容降壓原理和實際使用的電路

電路小課堂，聊聊阻容降壓電路的原理和實際使用電路 ...... 矜辰所致

目錄

前言

在多年前在產品上接觸使用過阻容降壓電路，最近在筆記本上翻到了以前的記錄，雖然阻容降壓現在用得不太多，但是也來做一個好好的記錄，以備不時之需。

本期的電路小課堂，就來聊聊 阻容降壓電路的原理 和 實際使用的電路。

一、阻容降壓簡介

先簡單說明一下 阻容降壓 的基礎知識。

1.1 什么是阻容降壓

什么是阻容降壓？我們來看一下百度百科的名詞說明：

首先我就覺得這個解釋不咋地，容易給不懂的人造成混亂，一會兒阻容降壓，一會兒電容降壓，雖然說明都沒有問題，簡單來說，就是使用電阻電容來降壓。

專業解釋有點專業得過頭= =！ 說點大家都能看懂的話：

阻容降壓電路，就是使用 電阻電容 來降壓的電路，應用于交流轉直流的場合。

電路的原理是 利用電容在一定頻率的交流信號下產生的容抗來限制最大工作電流的電路（具體下面會有分析），但是使用中會在降壓電容上并聯一個泄流電阻， 所以一般就稱之為阻容降壓電路，而不是 電容降壓電路。

1.2 通用標準電路圖

我們現在看一看通用的阻容降壓電路圖：

阻容降壓電路由 降壓、整流、穩壓和濾波部分組成：

• 降壓部分是 本文的核心說明部分，下文會分析說明阻容降壓的原理；
  
• 整流，使用整流橋進行交流轉直流， 分為全波整流（4個二極管），上圖為全波整流，半波整流（ 2個二極管），這是是基礎，大家應該都能理解，；
  
• 穩壓部分使用的是穩壓二極管，也是基礎，全面認識二極管，一篇文章就夠了 中也詳細說明了穩壓二極管的原理；
  
• 電容濾波，基礎中的基礎，使得輸出更加平滑穩定。
  

1.3 阻容降壓的原理

前面介紹 名稱的時候已經提到過阻容降壓電路的工作原理為：電容在一定頻率的交流信號下產生的容抗來限制最大工作電流 ，下面就來分析分析。

我們知道，電容是能夠通過交流電，阻礙直流電的。
但是電容在通過交流電的時候也不是能夠完全很順利的通過，會有一定的阻礙作用，而產生這個阻礙作用就是因為電容本身所存在的容抗。

容抗： Xc = 1/（2πfC）

上面公式中，f 為交流電的頻率，一般我們市電都是 50hz ，C 就是我們電容本身的容量值

那我們又知道，電流 = 電壓 / 電阻

電流： Ic = U/Xc

上面公式中 Xc 就是電容的容抗，電壓一般市電都是 220V ，所以根據這個公司可以求出流過電容的最大電流（這里理想情況理論值，實際上會這個這個?。?。

那么由上面可以得出：

Ic = U2πfC

那么在實際中，f 為 50Hz我們知道，π 也知道， C電容值自己選擇，U 為多少呢？

采用全波整流的時候，整流的平均值系數為 0.89 ，所以電壓 U 為 0.89* 220 V，此時可以計算出電流：

Ic = 0.89 * 220 * 2 * 3.14 * 50 * C（A）≈ 60000 C （A）

采用半波整流的時候，整流的平均值系數為 0.44 ，所以電壓 U 為 0.44* 220 V，此時可以計算出電流：

Ic = 0.44 * 220 * 2 * 3.14 * 50 * C（A）≈ 30000 C （A）

上面看上去是挺大的，但是我們使用的電容一般都是 uF，上面的公司換算一下，就可以得出，每1uF 電容使用半波整流得到的電流平均值為 30mA，全波整流得到的電流平均值為 60mA。

在前文提到的，電容器實際上起到一個 限制電流 和 動態分配電容器和負載兩端電壓 的角色，在上面的分析，我們說明了 限制電流的 作用。

那么 動態分配電容器和負載兩端電壓 怎么理解?

阻容降壓電路，實際上可以這么理解，電路相當于電容產生的電阻和后面的負載電阻相串聯而形成的分壓，起到降壓的目錄，但是由于容抗的存在，限制了電路的最大電流，簡單模型如下圖：

前面說了電容可以限流，但是不能限壓，所以需要一個穩壓二極管匹配負載所需要的電壓。

?? 阻容降壓電路中，所限制的是這個電路工作的最大電流，電流大小由電容的值決定，而最終的輸出電壓由穩壓二極管決定。

額外說明，阻容降壓電路的壽命關鍵在于 降壓電容，所有的電容都會有衰減，容量會變得越來越低，在選取的時候應該選擇專用的阻容降壓電容，相對來說衰減慢一些，電路壽命也會更長。

1.4 阻容降壓的優缺點

優點:

他最大的特點就是：成本低！體積?。。ê侠響孟鄬碚f）

但是其實還有一個不得不提的點，交流電通過電容，雖然有容抗，但沒有能量消耗（電容儲能，你可以理解為一個水庫一樣，它可以儲水，也會出水，但是本身不消耗水），這也是使用電容降壓的優點之一。

缺點:

缺點說起來可能就有點…… = =！ 這也是為什么隨著技術的進步，其他方案成本的降低，阻容降壓慢慢的用得越來越少的原因吧。

• 安全性不高
  它不是隔離電源，得防止人體接觸，有一定的觸電危險性；
  橋式整流比半波整流更差。
• 只適用于小功率電路
  雖然理論上可以增加電容容量加大電流，但是這樣電容體積成本會增大，不見得比其他方案更加有性價比了
• 不適合容性、感性負載
  感性負載是指帶有電感參數的負載，負載電流滯后負載電壓一個相位差特性的為感性負載。
  容性負載一般是指帶電容參數的負載，即符合電流超前電壓特性的負載。
  一個超前一個超后，只適用于 阻性負載。
• 耐沖擊性不好，不適用于動態負載
  
  

二、實際使用說明

我們知道了阻容降壓的基本電路，和阻容降壓的原理，那么就來看看實際使用中的電路，然后再說明一下使用 阻容降壓電路需要注意的問題。

2.1 實際應用電路

我們看一下實際應用電路：

電路作為記錄，這里不計算具體數值，但是相對通用標準電路，這里的電路多一些東西，會說明每個部分的特殊用途。

過流浪涌保護:

在上圖中，最前端多了個保險絲 F1， 和 R8 壓敏電阻，這一部分主要起到保護作用，上面的 C4 安規電容，不需要也可以。

在電流過大，或者電壓突變的時候，靠著保險絲和壓敏電阻保護后端電路。

阻容降壓部分:

上面提到過，阻容降壓部分核心為電容，電容實際中一般用 CBB 和 X2 電容，選擇專門用于阻容降壓的電容，就是上圖的 C2 。

上面 C2 并聯了一個電阻 R5，稱為泄流電阻，當負載斷開以后為降壓電容提供放電回路，一般安規有要求，在拔掉電源以后，電壓要在一定時間內衰減到多少，就是靠這個泄流電阻。

上圖中還多了一個 R6， 這個電阻起到的作用是限流保護，此電阻應為阻燃的線繞電阻，防止第一次上電或者快速斷電上電的時候產生的瞬間高壓，對后端電路的沖擊，比如保護整流二極管。

整流部分:

上面電路使用的是全波整流，直接使用的專門的整流橋，就是 D3。

穩壓部分:

穩壓部分就簡單了，根據自己的負載電壓需求，并聯對應的穩壓管，上圖中的 D4。

濾波電容:

濾波電容也比較簡單，上圖的 C3 ，因為上圖后端我還接了 DCDC 降壓電路，如果直接接負載，建議再加一個 104 的貼片電容來去除高頻諧波。

2.2 電路使用注意事項

阻容降壓電路的注意事項很多文章都有說明，我這邊結合總結一下：

1. 電容的選取應根據負載的電流大小和交流電的工作頻率來決定；
   根據上面分析原理的公式可以確定。
2. 限流電容 必須采用無極性電容；
   實際中一般用 CBB 和 X2 電容，而且有專門用于阻容降壓的電容。
3. 限流電容 須接于火線，且電容降壓不適合動態負載；
4. 需要直流工作時，盡量采用半波整流。
   因為半波整流比全波整流相對安全一些，但是半波整流的功率為全波的一半。
5. 由上面原理分析得到，當電容選定以后，輸出電流 的值就確定了，而輸出電壓就取決于負載電阻大小了。電壓不恒定，所以必須要加穩壓二極管。
6. 在講缺點的時候也提到了，阻容降壓不能用于大功率負載，負載不能是感性負載和容性負載。
7. 穩壓二極管根據負載選定，但是需要考慮一定他的電流因數，下面會分析。
   

2.3 關鍵器件選擇

保險絲:

一般選用 250VAC ，電流根據自己的負載功率選擇。

壓敏電阻:

壓敏電阻是用來防止浪涌的，一般來說 110V 的時候選 221k, 220V選 471K ，

然后根據負載功率， 5W 以內用 7D（型號） ，5W 以上用 10D。

有的地方建議，220V選 10D561；120V 選10D431；

其中 7D 10D 還有14D 是壓敏電阻根據吸收能量的不同來區分的型號。

比如上圖實際電路中選擇的為 7D471。

線繞電阻/限流電阻:

上圖中的 R6，阻燃的線繞電阻，此電阻應選擇耐電流沖擊強和耐高壓的電阻，電阻不能太小，也不能太大，電阻太小沖擊電流大，電阻太大整個電路功耗增大。

所以一般取 R6 電阻在10-50Ω之間 ，上圖實際選的為 33R。

降壓電容:

耐壓應該大于 兩倍的電源電壓：
如果電源電壓為 110V 時，電容的耐壓值必須在 275V 以上；
如果電源電壓為 220V 時，電容的耐壓值需在 600V 以上。

使用無極性電容，常用的CBB 和 X2 降壓電容。

根據負載選定大小，一般推薦的容量有：0.1，0.22，0.33，0.47，0.68uF。

比如上圖實際中選擇的為 0.68uF。

泄流電阻:

耐壓大于降壓電容的電壓，功率要注意，也可以使用兩個電阻串聯起來，比較安全。

斷電后為降壓電路提供放電回路，一般要求斷電后C1電壓衰減到37%的時間應小于1秒

RC < 0.37
R< 0.37/C

取值一般在 470K ~ 1M，比如上圖實際選擇的為 750K，1W。

整流橋:

如果是選擇整流橋，沒什么好說的，如果是使用二極管，注意一下整流電流和最大反向電流。

穩壓管:

根據負載需要的電壓來選擇，具體采用型號由電壓和功率決定。

要特別注意他的電流屬性。

穩壓管的最大穩定電流必須大于降壓電容確定的電流：

原因是電容降壓電源提供的是恒定電流，因此一般不怕負載短路，但當負載完全開路時，限流電阻及穩壓管回路中將通過全部的電流，

假負載:

假負載上圖中沒有，就是與穩壓管并聯一個電阻，在沒有真正負載的時候，這個電阻就成了這個電路的負載，用來防止電路沒有真正負載的時候輸出端電流過流。

耐壓值必須大于輸出電壓，一般取值在 10K~1M ，功率要注意，1/4W以上。

結語

本文通過實際使用過的一個阻容降壓電路，來分析說明了一下阻容降壓電路。

雖然阻容降壓有一些明顯的缺點，很多地方都基本淘汰了，但是在一些低沉本小功率的場合，還是能見到他的身影。

文章首發于CSDN，我是矜辰所致，CSDN，公眾號同名，手動防抄襲。

如果預算有限，或者對阻容降壓感興趣，在合理選型的前提下大家都可以嘗試一下這種低沉本的解決方案，如果設計得當，用很低的成本用個幾年也不是什么問題。

好了，本文就到這里，謝謝大家！