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前言
在多年前在產(chǎn)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(xiàn)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(chǔ)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(yè)解釋有點專業(yè)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(yīng)用于交流轉(zhuǎn)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(chǎn)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(lián)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(biāo)準(zhǔn)電路圖
我們現(xiàn)在看一看通用的阻容降壓電路圖，
說明，上圖中 GND 的圖標(biāo)使用有問題，應(yīng)該使用下面這種圖標(biāo)，因為上圖中的地 為 “熱地”：
阻容降壓電路由 降壓、整流、穩(wěn)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(jìn)行交流轉(zhuǎn)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(chǔ)，大家應(yīng)該都能理解，；
- 穩(wěn)壓部分使用的是穩(wěn)壓二極管，也是基礎(chǔ)，全面認(rèn)識二極管，一篇文章就夠了 中也詳細(xì)說明了穩(wěn)壓二極管的原理；
- 電容濾波，基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，使得輸出更加平滑穩(wěn)定。
1.3 阻容降壓的原理
前面介紹 名稱的時候已經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)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(jù)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，實際上會這個這個小）。
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(shù)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(shù)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(tài)分配電容器和負(fù)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(tài)分配電容器和負(fù)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(dāng)于電容產(chǎn)生的電阻和后面的負(fù)載電阻相串聯(lián)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(wěn)壓二極管匹配負(fù)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(wěn)壓二極管決定。
額外說明，阻容降壓電路的壽命關(guān)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(yīng)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(yōu)缺點
任何東西都不是十全十美，阻容降壓有他的優(yōu)點，也有他的缺點。
優(yōu)點:
他最大的特點就是：成本低！體積小！（合理應(yīng)用相對來說）
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(yōu)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(shù)的進(jìn)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(fù)載
感性負(fù)載是指帶有電感參數(shù)的負(fù)載，負(fù)載電流滯后負(fù)載電壓一個相位差特性的為感性負(fù)載。
容性負(fù)載一般是指帶電容參數(shù)的負(fù)載，即符合電流超前電壓特性的負(fù)載。
一個超前一個超后，只適用于 阻性負(fù)載。 -
耐沖擊性不好，不適用于動態(tài)負(fù)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(yīng)用電路
我們看一下實際應(yīng)用電路：
電路作為記錄，這里不計算具體數(shù)值，但是相對通用標(biāo)準(zhǔn)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(hù):
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(hù)作用，上面的 C4 安規(guī)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(hù)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(lián)了一個電阻 R5，稱為泄流電阻，當(dāng)負(fù)載斷開以后為降壓電容提供放電回路，一般安規(guī)有要求，在拔掉電源以后，電壓要在一定時間內(nèi)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(hù)，此電阻應(yīng)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(chǎn)生的瞬間高壓，對后端電路的沖擊，比如保護(hù)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(wěn)壓部分:
穩(wěn)壓部分就簡單了，根據(jù)自己的負(fù)載電壓需求，并聯(lián)對應(yīng)的穩(wěn)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(fù)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(jié)合總結(jié)一下：
-
電容的選取應(yīng)根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電的工作頻率來決定；
根據(jù)上面分析原理的公式可以確定。 -
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。 -
限流電容 須接于火線，且電容降壓不適合動態(tài)負(fù)載；
-
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。 -
由上面原理分析得到，當(dāng)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(fù)載電阻大小了。電壓不恒定，所以必須要加穩(wěn)壓二極管。
-
在講缺點的時候也提到了，阻容降壓不能用于大功率負(fù)載，負(fù)載不能是感性負(fù)載和容性負(fù)載。
-
穩(wěn)壓二極管根據(jù)負(fù)載選定，但是需要考慮一定他的電流因數(shù)，下面會分析。
2.3 關(guān)鍵器件選擇
保險絲:
一般選用 250VAC ，電流根據(jù)自己的負(fù)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(jù)負(fù)載功率， 5W 以內(nèi)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(jù)吸收能量的不同來區(qū)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(yīng)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(yīng)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(jù)負(fù)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(lián)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(yīng)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(wěn)壓管:
根據(jù)負(fù)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(wěn)壓管的最大穩(wěn)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(fù)載短路，但當(dāng)負(fù)載完全開路時，限流電阻及穩(wěn)壓管回路中將通過全部的電流，
假負(fù)載:
假負(fù)載上圖中沒有，就是與穩(wěn)壓管并聯(lián)一個電阻，在沒有真正負(fù)載的時候，這個電阻就成了這個電路的負(fù)載，用來防止電路沒有真正負(fù)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(jié)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。
如果預(yù)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(shè)計得當(dāng)，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！
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