阻容降压电源电路稳压二极管可靠性分析
阻容降压原理及稳压电源设计详解
阻容降压原理及稳压电源设计详解电容降压电源的特点一、概述电子工程师总是在不断追求减小设备体积，优化设计，以期最大限度地降低设备成本。
其中，减小作为辅助电源的直流稳压电源电路部分的体积，往往是最难解决的问题之一。
普通的线性直流稳压电源电路效率比较低，电源的变压器体积大，重量重，成本较高。
开关电源电路结构较复杂，成本高，电源纹波大，RFI和EMI干扰是难以解决的。
下文介绍的是一种新颖的电容降压型直流稳压电源电路。
这种电路无电源变压器，结构非常简单，具体有：体积小、重量轻、成本低廉、动态响应快、稳定可靠、高效（可达90%以上）等特点。
二、电容降压原理当一个正弦交流电源U（如220V AC 50HZ）施加在电容电路上时，电容器两极板上的电荷，极板间的电场都是时间的函数。
也就是说：电容器上电压电流的有效值和幅值同样遵循欧姆定律。
即加在电容上的电压幅值一定，频率一定时，就会流过一个稳定的正弦交流电流ic。
容抗越小（电容值越大），流过电容器的电流越大，在电容器上串联一个合适的负载，就能得到一个降低的电压源，可经过整流，滤波，稳压输出。
电容在电路中只是吞吐能量，而不消耗能量，所以电容降压型电路的效率很高。
三、原理方框图电路由降压电容，限流，整流滤波和稳压分流等电路组成。
1.降压电容：相当于普通稳压电路中的降压变压器，直接接入交流电源回路中，几乎承受全部的交流电源U，应选用无极性的金属膜电容（METALLIZED POLYESTER FILM CAPACITOR）。
2.限流电路：在合上电源的瞬间，有可能是U的正或负半周的峰_峰值，此时瞬间电流会很大，因此在回路中需串联一个限流电阻，以保证电路的安全。
3.整流滤波：有半波整流和全波整流，与普通的直流稳压电源电路的设计要求相同。
4.稳压分流：电压降压回路中，电流有效值I是稳定的，不受负载电流大小变化的影响，因此在稳压电路中，要有分流回路，以响应负载电流的大小变化。
四、设计势实例1.桥式全波整流稳压电路：规格要求：输出DC电压12V，DC电流300mA；输入电源220V AC/50HZ 市电。
LED驱动电源阻容降压原理及稳压电源设计
LED驱动电源阻容降压原理及稳压电源设计LED驱动电源电容降压电源的特点概述电子工程师总是在不断追求减小设备体积，优化设计，以期最大限度地降低设备成本。
其中，减小作为辅助电源的直流稳压电源电路部分的体积，往往是最难解决的问题之一。
普通的线性直流稳压电源电路效率比较低，电源的变压器体积大，重量重，成本较高。
开关电源电路结构较复杂，成本高，电源纹波大，RFI和EMI干扰是难以解决的。
下文介绍的是一种新颖的电容降压型直流稳压电源电路。
这种电路无电源变压器，结构非常简单，具体有: 体积小、重量轻、成本低廉、动态响应快、稳定可靠、高效（可达90%以上）等特点。
电容降压原理当一个正弦交流电源U（如220V AC 50HZ）施加在电容电路上时，电容器两极板上的电荷，极板间的电场都是时间的函数。
也就是说: 电容器上电压电流的有效值和幅值同样遵循欧姆定律。
即加在电容上的电压幅值一定，频率一定时，就会流过一个稳定的正弦交流电流ic 。
容抗越小（电容值越大），流过电容器的电流越大，在电容器上串联一个合适的负载，就能得到一个降低的电压源，可经过整流，滤波，稳压输出。
电容在电路中只是吞吐能量，而不消耗能量，所以电容降压型电路的效率很高。
原理方框图电路由降压电容，限流，整流滤波和稳压分流等电路组成。
1. 降压电容：相当于普通稳压电路中的降压变压器，直接接入交流电源回路中，几乎承受全部的交流电源U,应选用无极性的金属膜电容(METALLIZEDP OLYESTER FILM CAP ACITOR)2. 限流电路：在合上电源的瞬间，有可能是U的正或负半周的峰_峰值，此时瞬间电流会很大，因此在回路中需串联一个限流电阻，以保证电路的安全。
3. 整流滤波:有半波整流和全波整流，与普通的直流稳压电源电路的设计要求相同。
4. 稳压分流：电压降压回路中，电流有效值I是稳定的，不受负载电流大小变化的影响，因此在稳压电路中，要有分流回路，以响应负载电流的大小变化。
37.阻容降压电路全分析
37.阻容降压电路全分析所谓阻容降压电路，原理是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。
工程师们利用电容的这个特性，在一些要求不高的小产品中（如LED灯泡）会使用阻容降压来提供电源，主要优点是器件少、成本低。
阻容降压电路原理分析：阻容降压的本质不是降压，而是限流，其输出电压大小由负载的阻抗大小决定，阻抗大电压就高，阻抗小电压就低。
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。
根据电容容抗的公式：Xc=1/(2πfC)，在市电中（220V/50Hz）接入一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆，则流过电容的最大电流约为70mA。
并且电容器所作的功为无功功率，不会产生功耗。
将一个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。
就是因为5W/65V的灯泡的工作电流也约为70mA。
阻容降压电路（半波）上图是阻容降压的典型应用电路，C1为降压电容，R1为断开电源时C1的泄放电阻，D1为半波整流二极管，D2在市电的负半周为C1提供放电回路，否则电容C1充满电就不工作了，Z1为稳压二极管，C2为滤波电容。
输出为稳压管Z1的稳定电压值。
阻容降压电路（全波）阻容降压电路（全波）参数计算：1.首先根据负载的工作电流大小和交流电的电压频率选取适当的电容，计算公式如下：容抗Xc=1/(2πfC)电流Ic=U/Xc=2πfCU此电容必须是无极性，且耐压要大于400V，常用金属膜CBB电容。
2.根据电容大小选取合适的泄放电阻，按下表取值即可。
3.选择的稳压二极管最大反向电流要大于总电流，这样当负载断开时，稳压管才不会烧坏，此处由于电容已经限制了电流，所以稳压二极管可不用串限流电阻。
4.整流管选择1N4007即可，输出滤波电容选择几百uF就行。
阻容降压电路应用注意事项：阻容降压电路虽然成本低，但是不隔离，存在安全隐患，一般应用在接触不到的地方。
阻容降压、线性恒流和开关电源对比
阻容降压、线性恒流和开关电源对比针对LED照明和LED的元器件特性，对阻容降压、线性恒流和开关电源是否适用于LED进行分析。
LED具有二极管特性，因此，LED具有与二极管相同的伏安特性曲线，如下图：通过LED两端的电流，随着LED两端的电压升高，呈指数型增长，而LED的亮度是根据流过LED两端的电流决定的，所有，要保证LED稳定可靠的工作，LED需要稳定的直流电流来进行驱动，同时LED也是一种电流型敏感元器件，对电流的浪涌冲击特别为敏感，所有给LED供电的装置还必须能防止浪涌突入，保护LED。
目前常用的LED驱动电路如下1、电阻电容降压型典型电路：输出电流计算如下：C1起到了限流的作用，它决定了电路中的最大电流，当负载一定的情况下，C1也就决定了负载上可以得到的电压，最终起到了降压的作用。
由公式可以知道，输出电流与电容的容量，电网频率，和电容两端的电压决定，当输出电压和输入频率有所波动时，均会影响到输出电流，这样就导致了LED两端的电流不稳定。
由于输出负载与降压电容式串联在主回路中，所有当输出负载的电压升高后，电容两端的电压会相应降低，导致输出电流会变小，达不到设计的要求。
由于是通过电容的充放电来实现对输出电流的控制，因此电容本身不产生损耗，但是因为电容的存在，导致PF值特别低，一般只有0.4左右。
dv决定的，而负载串联在回路中，如果电网突然串入了浪涌电容的充放电电流是由dt电压，则瞬间容易产生极大的浪涌电流，对LED的损害也是非常之大。
所有电阻电容降压电路中，对输入电网的稳定性要求非常之高，而且负载也要求固定，不能做到灵活性与多变性，没有功率因素校正，PF只有0.4，抗浪涌能力也比较低，不能实现恒流。
优点是价格便宜。
2、线性恒流型：线性恒流控制芯片线性恒流常见电路线性恒流的方案，常规的设计都是通过一颗或者多颗线性恒流IC来控制输出电流的大小，由于整流后，为了保证输出电流的稳定性，在整流桥后一般都会加上一颗比较大电解电容来进行平滑和滤波，这样没有功率因素校正后就使得PF值只有0.5，非常低。
浅谈阻容降压电源的隐患
浅谈阻容降压电源的隐患阻容降压阻容降压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，因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。
采用电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. 电容降压不能用于大功率负载，因为不安全。
4. 电容降压不适合动态负载。
5. 同样，电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。
不建议采用桥式整流，因为全波整流产生浮置的地，并在零线和火线之间产生高压，造成人体触电伤害。
而且要满足恒定负载的条件。
容降压式简易电源的基本电路如图1，C1为降压电容器，VD2为半波整流二极管，VD1在市电的负半周时给C1提供放电回路，VD3是稳压二极管，R1为关断电源后C1的电荷泄放电阻。
阻容压降_二极管发热_概述及解释说明
阻容压降二极管发热概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文旨在探讨阻容压降和二极管发热的相关问题，并提供解释与说明。
阻容压降是指在电路中，由于电流通过阻值和电容的耦合作用，产生的能量损失与热量积累导致的电压下降现象。
而二极管作为常见的电子元件之一，在正向工作时会因载流而产生一定的热量。
本文将从概念、原理、影响因素以及解决方法等方面进行分析论述。
2. 文章结构本文将分为四个主要部分进行叙述：引言、阻容压降探讨、二极管发热原理解释和结论。
引言部分将对文章涉及内容进行简单介绍，帮助读者了解文章框架和目的。
3. 目的本文的目标是深入探讨阻容压降和二极管发热现象，并提供对应的解决方法。
通过对问题的解释与说明，让读者能够更好地了解这两个问题并加以应对。
同时，本文还将展望未来可能出现更优秀解决方案与应用前景，旨在促进相关领域的技术发展和创新。
2. 阻容压降探讨2.1 什么是阻容压降阻容压降是指在电路中，由于元件本身具有一定的电阻和电容特性，而产生的能量损耗和电压变化现象。
当电流通过一个元件时，会在该元件上产生一定的电压降，这个电压降即为阻容压降。
2.2 影响因素分析阻容压降大小受多种因素影响。
首先，电流大小会直接影响阻容压降的大小，一般情况下，电流越大，则阻容压降也越大。
其次，元件本身的特性对阻容压降也有影响。
例如，在晶体管、二极管等器件中，其导通和截止时的特性不同，从而导致不同的阻容压降。
此外，环境温度也会对阻容压降产生影响。
较高的环境温度可能会增加元件内部电阻和散热问题，从而进一步增加了阻容压降。
2.3 解决方法介绍为了减小或避免过大的阻容压降引发问题，可以采取以下方法进行解决。
首先，选择合适的元件和电路设计是关键。
选用低压降的元件可以有效地减小阻容压降。
其次，合理布局和散热设计也很重要。
通过良好的散热设计和合适的布局，可以有效降低元件温度，从而减小阻容压降。
此外，增加供电线路的直径、减小线路长度等措施也可一定程度上减少阻容压降。
阻容降压电路分析
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。
阻容降压电路分析
阻容降压电路分析
阻容降压电路的基本结构为串联电阻和并联电容，电源与电路的输入
端并联一个电容，用于储存和平滑电压；输出端串联一个电阻，用于限制
电流和降低电压。
这种结构可以有效地降低电压，使得输出电压稳定且具
有良好的纹波。
阻容降压电路的工作原理是，当输入电源施加到电路上时，电容会首
先开始充电。
在充电过程中，电容的电压会逐渐上升，直到达到稳定值。
同时，电阻会对电流进行限制，避免过大的电流通过电路。
当电容充电完
毕后，电路达到稳定状态，输出电压稳定在设计值。
在阻容降压电路中，电阻的大小和电容的容值是影响输出电压的重要
因素。
电阻的大小决定了电路的输出电压，较大的电阻可以实现较低的输
出电压；而电容的容值决定了电路的纹波电压，较大的电容可以减小纹波
电压的幅度。
此外，阻容降压电路还需要考虑加载效应和功率损耗。
加载效应是指
当电路输出电流增大时，输出电压下降的现象。
为了减小加载效应，可以
通过增加输出电阻或使用更大容值的电容来提高电路的稳定性。
功率损耗
是指在降压过程中电路所消耗的功率，通过合理的设计和选择电阻、电容
可以实现功率损耗的最小化。
总之，阻容降压电路是一种简单、稳定性好、成本低廉的电源降压技术，广泛应用于各种电子设备和系统中。
了解阻容降压电路的原理和特性，对于电子工程师来说是非常重要的。
通过合理的设计和选择电阻和电容，
可以实现满足各种需求的稳定降压效果。
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阻容降压电源电路
稳压二极管可靠性分析
编制：曾招前
审核: 赖建君
审批: 刘晓峰
品质管理部产品评价与测试
二0一二年十月三十一日
发：品质管理部
送：风扇公司品质部油汀吊扇公司品质部研发中心
1、目的：品质管理部产品评价与测试在日常电路板初品评价中，稳压二极管被击穿（浪涌测试）不良占比17%。
为此，产品评价与测试对稳压二级管在电路中的位置和电压、电流波形进行分析和研究，来发现电路存在的缺陷和质量隐患，以达到改善和提升电路板质量的目的。
风扇电路板电源电路大部分采用阻容降压，如图1所示。
阻容降压电路在待机状态电路所有电流流过稳压二极管；降压电容在上电、断电和电压波动瞬间会产生尖峰脉冲电流冲击稳压二极管；由于电路与市电隔离性差和电容感性特性，电路对电网中的谐波、脉冲、浪涌等干扰信号抑制能力差甚至起放大的作用，会对电源电路本身、后级电路产生冲击和伤害，尤其是稳压二级管。
从以上分析可以看出，整个电源电路中对稳压二极管质量要求较高，产生故障概率也较高。
图1 阻容降压电路图
2、稳压二极管电压、电流测试：以典型风扇FS40-6DR电路板为样板，分别在正常工作、电磁炉干扰、浪涌干
扰三种工况下对稳压二极管电压、电流波形进行测试。
2.1稳压二极管正常工作电压、电流波形：
图2 电压波形图3 电流波形
小结：稳压管接在交流电源端（如图1所示），从图2波形可以看出，稳压管正向反
向轮流导通。
电流波形（图3）毛刺较多，意味着电流突变较大。
2.2稳压二极管电磁炉干扰下工作电压、电流波形：
图4电压波形图5 电流波形
小结：电路板在电磁炉干扰下，稳压二极管电压、电流波形受较大，峰值功率约达1.3W，超出其额定功率1W。
2.3稳压二极管浪涌干扰下工作电流波形：
图6 电流波形
小结：电路板在浪涌（1.2/50μs-8/20μs）1000V干扰下，稳压二极管电流瞬间峰值约达到5.88A左右，
大大超出最大允许浪涌电流：0.81A。
2.4结论：电路板在正常工作状态下，稳压二极管参数在正常范围内，但在正反向轮流导通工作状态
下工作，电流突变较大，稳压二极管工作强度较高。
在受到电磁炉干扰和浪涌干扰后波形变形严
重，且瞬间峰值电压和功率超出额定值，稳压管存在被击穿的质量风险。
3、改善建议：将稳压二极管移到整流二极管后面，并增加一个整流二极管旁路正半周电流，使得稳
压二极管在直流电的环境下工作，并与市电之间增加了一道屏障，在有干扰信号时可消减峰值脉
冲电压，降低稳压二极管被击穿的风险。
改善后电路如图7所示。
图7改善后电路
3.1改善后电路正常工作状态下稳压二极管电压、电流测试波形：
图8 改善后电压波形图9 改善前电压波形
图10 改善后电流波形图11 改善前电流波形
小结：从图8可以看出，改善后稳压二极管始终处于反向导通，而现行电路方案稳压二极管处于正反向轮流导通（图9），改善后的稳压二极管电流（图10）与现行电路（图11）相比毛刺明显减小。
因此，改善后稳压二极管工作状态更加稳定，可靠性增强。
3.2改善后电路在电磁炉干扰下稳压二极管电压、电流测试波形：
图12 改善后电磁炉干扰电压波形图13 改善前电磁炉干扰电压波形
图14 改善后电磁炉干扰电流波形图15 电磁炉干扰电流波形
小结：改善后电路稳压二极管两端电压为直流，且增加了整流二极管阻挡作用，电压、电流受电磁炉干扰较小（如图12、图14所示）；而现行电路由于电磁炉干扰电压、电流波形变形严重，对稳压二极管冲击较大（如图13、15所示）。
3.3改善后电路在浪涌（1.2/50μs-8/20μs）1000V干扰下稳压二极管电压、电流测试波形：
图16改善后浪涌干扰电流最大值图17 改善前浪涌干扰电流最大值
小结：改善后的电路中的稳压二极管在浪涌干扰的情况下，产生的最大峰值电流约为0.44A（如图16所示），改善前因干扰产生的脉冲最大峰值电流约为5.88A（如图17所示），两者相比相差10倍多。
稳压二极管最大允许浪涌电流为0.81A。
4、总结：改善后稳压二极管工作强度降低，在干扰的情况下受到的冲击明显减小，且冲击电流、电压在额定
参数范围内，可靠性和长期寿命可得到明显改善。
改善后电路仅增加1个整流二极管，增加成本为0.02～
0.04元之间。