阻容降压原理及应用

小论阻容降压原理及应用
摘要：本文论述了小家电中常用的阻容降压电源方式。

介绍了阻容降压电源的原理、应用及注意问题。

关键词：阻容降压降压方式
引言
随着电子产品的迅速发展，同行业的竞争日趋激烈，价格低、质量轻、便于携带也是产品的销路优势之一，在新产品的设计开发之初，部分负载小，低成本非隔离的小电流电路中就会采用阻容降压的降压方式。

1 阻容降压电源工作原理
阻容降压电源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。

即电容的特性是通交流﹑隔直流﹐当电容连接于交流电路中时﹐其容抗计算公式为﹕
Xc = 1/2πf C
式中﹐XC表示电容的容抗﹑f表示输入交流电源的频率﹑C表示降压电容的容量。

流过阻容降压电路的电流计算公式为:
I = U/XC
式中 I 表示流过电容的电流﹑U表示电源电压﹑XC 表示电容的容抗. 如下图。

2 阻容降压计算公式
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。

以国标220VAC 50HZ输入电压为例：
XC =Zc= 1/2πf C
采用半波整流时，每微法电容1u可得到电流I(AV平均值）为：（国际标准单位）
I(AV)=0.44*V/Zc=0.44*220*2*Pi*f*C =220*138.16*C=30395C==0.03A=30mA
在美国标准电压120VAC 60HZ下：
I(AV)=0.44*V/Zc=0.44*120*2*Pi*f*C =120*165.8*C=19895*C=19000*C=19mA
故可得各国标准电压下半波整流时各电容的平均电流I(AV)(单位为:mA)如下:
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 =220*279.46*C=60000C=0.06A=60mA
在UL标准120V时：I=0.89*120*2*Pi*f*C =120*335.4*C=40242*C=40mA
故可得美标120VAC电压下全波整流时各电容的平均电流I(AV)(单位为:mA)如下:
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。

下表为在220V﹑50Hz的交流电路中﹐理论电流与实际测量电流的比较.可见相差很小。

3. 阻容降压电路特性：
A.阻容降压电路为非隔离电路。

此电路中任一元件，相对于大地，都可能存在220VAC的高压。

帮此电路的绝缘性差。

整机时须考虑基本绝缘，附加绝缘。

B.阻容降压电路是个恒流源。

电路电流处决于降压电容的容值，而与所串入负载电阻无关。

故须注意两点：空载时，负载无电流。

电流全从稳压管上过。

此时须考虑稳压管功率. 稳压管烧断，或断开后。

电流从IC，及其它负载上过。

必烧电路。

4．阻容降压电路各元件分析：
阻容降压电路应用场合大，许多小家电应用此电路，但因看起来简单，故很多人未将电路特性加以分析，导到经常出现问题,或客户退货。

现将各元件加以分析：
A．降压电容:
GS标准选用X2电容。

而GB，UL标准选用CBB21,CBB61.也可选用损耗角更大的CL21,CL61.
B．放电电阻。

电阻R1为泄放电阻﹐其作用为﹕当正弦波在最大峰值时刻被切断时﹐电容C1上的残存电荷无法释放﹐会长久存在﹐在维修时如果人体接触到C1的金属部分﹐有强烈的触电可能﹐而电阻R1的存在﹐能将残存的电荷泄放掉﹐从而保证人﹑机安全。

泄放电阻的阻值与电容的大小有关﹐一般电容的容量越大﹐残存的电荷就越多﹐泄放电阻就阻值就要选小些。

但不能太小，以免插拔试验时，电阻过热烧掉。

0.68uF用750K电阻放电约0.2秒可降至36V安全电压以下。

放电时间T=RC=0.68 *10^6 *10^-12 *750 *10^3=0.68 *750 *10^-3=0.5s
经验数据如下表﹐供设计时参考﹕
C．防浪涌电阻。

防上电电流太大，引起火花或其它问题。

根据电容厂资料，与国标。

电阻须大于19欧。

一般用线绕电阻。

若用水泥电阻，也须是线绕电阻，而非磁棒芯电阻。

且电阻下PCB可考虑开孔，以利于散热。

D. 开关二极管1N4007.
考虑到1N4007的防过冲电流小于30mA. 线绕电阻不能太小。

另因二极管反向截止时，空穴载流子反向流通，引起高频传导干扰。

整流后直流须并一个104电容，也可在整流前并一下校正电容。

E．稳压管
须考虑稳压管的欠饱和压降，与过饱和压降.如下图。

其电压是波动的，当电路工作于强烈动态时，可能会使输出电压波动较大。

甚至远超过如额定的12V,5V.
F．分压电阻
24V,12V,5V各电压的分压电阻，用碳膜电阻。

但要考虑功率。

G．X2电容，与压敏电阻。

大部分应用电路中没有连接压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管﹐建议连接上﹐因压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管能在电压突变瞬间( 如雷电﹑大用电设备起动等)有效地将突变电流泄放﹐从而保护二级管和其它晶体管﹐它们的响应时间一般在微毫秒级。

压敏电阻选用可参考公式：
V =a*V/B*C
H.电解电容
滤波电容的耐压根据负载电压而定﹐一般为负载电压的1.2倍。

其电容容量视负载电流的大小而定。

. 过零电路分析：
另分析其各点的电压电流分析
GB220V时，降压电容上的电压约180VAC, 防过冲电阻上的电压约20-30VAC。

图三
在图三电路中﹐C1﹑R1﹑压敏电阻﹑L1﹑R2组成电源初级滤波电路﹐能将输入瞬间高压滤除﹐C2﹑R1成降压电路﹐C3﹑C4﹑L2﹑及稳压管流后的滤波电路。

此电路采用双重滤波电路﹐能有效地保护LED不被瞬间高压击穿损坏。

图四
图四是一个最简单的阻容降压应用电路﹐电路中利用两只反并联的LED对降压后的交流电压进行整流﹐可以广泛应用于夜光灯﹑按钮指示灯﹐要求不高的位置指示灯等场合。

六、采用阻容降压时应注意以下几点：
1根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容,而不是依据负载的电压和功率。

2限流电容必须采用无极性电容,绝对不能采用电解电容。

而且电容的耐压须在400V以上。

最理想的电容为铁壳油浸电容。

3阻容降压不能用于大功率条件。

4阻容降压不适合动态负载条件。

5阻容降压不适合容性和感性负载。

6当需要直流工作时,尽量采用半波整流。

在满足恒定负载的条件，不建议采用桥式整流。

7、未和交流高压隔离，请注意安全，严防触电！
8、限流电容须接于火线，耐压要足够大（200V AC输入时电容耐压大于400V，120V AC输入时电容耐压大于250V），并加串防浪涌冲击兼保险电阻(NTC)及放电电阻。

9、注意齐纳管功耗，严禁齐纳管断开运行。

10．将线圈为24V的继电器替代线圈为12V的继电器。

一般24V的继电器的工作电流是12V的继电器的一半。

1，继电器工作吸合后，24V电压减低5~7V，原使用原理图5 ，在同样的电源电路、、继电器型号、程序条件下，后更换为原理图6。

24V电压降低2V 左右。

电压明显改善。

自己的总结，如下：
1，阻容降压的驱动能力，同输入电压、降压电容（容量）和泄放电阻的阻值、整流方式（半波，全波）等有关，当前端电源电路一定情况下，可通过更改减少消耗电流来改善，如继电器工作电流。

2，阻容减压电路中，负载变化时，可以通过电压补偿电路，减少继电器吸合对电压的影响。

在以后的工作中，需根据具体的电路需求，设置及取舍影响阻容降压方式的参数和方式。

注意应用中的问题。

七．曾经出现过的大问题：
A．盈科公司给浙江先锋电暖器的此电路出现两个问题：
一。

两组750W发热丝不能同时工作，经查为两组继电器几乎同时开启，电压12V拉低低于8V.继电器
--------------------完------------------。