阻容降压电路的原理和实际电路

前言

在多年前在产品上接触使用过阻容降压电路，最近在笔记本上翻到了以前的记录，虽然阻容降压现在用得不太多，但是也来做一个好好的记录，以备不时之需。

本期的电路小课堂，就来聊聊 阻容降压电路的原理 和 实际使用的电路。

一、阻容降压简介

先简单说明一下 阻容降压 的基础知识。

1.1 什么是阻容降压

什么是阻容降压？我们来看一下百度百科的名词说明：

首先我就觉得这个解释不咋地，容易给不懂的人造成混乱，一会儿阻容降压，一会儿电容降压，虽然说明都没有问题，简单来说，就是使用电阻电容来降压。

专业解释有点专业得过头= =！说点大家都能看懂的话：阻容降压电路，就是使用 电阻电容 来降压的电路，应用于交流转直流的场合。

电路的原理是 利用电容在一定频率的交流信号下产生的容抗来限制最大工作电流的电路（具体下面会有分析），但是使用中会在降压电容上并联一个泄流电阻， 所以一般就称之为阻容降压电路，而不是 电容降压电路。

1.2 通用标准电路图

我们现在看一看通用的阻容降压电路图：

阻容降压电路由 降压、整流、稳压和滤波部分组成：

降压部分是本文的核心说明部分，下文会分析说明阻容降压的原理；

整流，使用整流桥进行交流转直流， 分为全波整流（4个二极管），上图为全波整流，半波整流（ 2个二极管），这是是基础，大家应该都能理解；

稳压部分使用的是稳压二极管，也是基础，全面认识二极管，一篇文章就够了 中也详细说明了稳压二极管的原理；

电容滤波，基础中的基础，使得输出更加平滑稳定。

1.3 阻容降压的原理

前面介绍 名称的时候已经提到过阻容降压电路的工作原理为：电容在一定频率的交流信号下产生的容抗来限制最大工作电流 ，下面就来分析分析。

我们知道，电容是能够通过交流电，阻碍直流电的。
但是电容在通过交流电的时候也不是能够完全很顺利的通过，会有一定的阻碍作用，而产生这个阻碍作用就是因为电容本身所存在的容抗。

容抗：Xc = 1/（2πfC）

上面公式中，f 为交流电的频率，一般我们市电都是 50hz ，C 就是我们电容本身的容量值。

那我们又知道，电流 = 电压 / 电阻

电流：Ic = U/Xc

上面公式中 Xc 就是电容的容抗，电压一般市电都是 220V ，所以根据这个公司可以求出流过电容的最大电流（这里理想情况理论值，实际上会这个这个小）。

那么由上面可以得出：

Ic = U2πfC

那么在实际中，f 为 50Hz我们知道，π 也知道， C电容值自己选择，U 为多少呢？

采用全波整流的时候，整流的平均值系数为 0.89 ，所以电压 U 为 0.89* 220 V，此时可以计算出电流：

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

采用半波整流的时候，整流的平均值系数为 0.44 ，所以电压 U 为 0.44* 220 V，此时可以计算出电流：

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

上面看上去是挺大的，但是我们使用的电容一般都是 uF，上面的公司换算一下，就可以得出，每1uF 电容使用半波整流得到的电流平均值为 30mA，全波整流得到的电流平均值为 60mA。

在前文提到的，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，在上面的分析，我们说明了 限制电流的 作用。

那么 动态分配电容器和负载两端电压 怎么理解?

阻容降压电路，实际上可以这么理解，电路相当于电容产生的电阻和后面的负载电阻相串联而形成的分压，起到降压的目录，但是由于容抗的存在，限制了电路的最大电流，简单模型如下图：

前面说了电容可以限流，但是不能限压，所以需要一个稳压二极管匹配负载所需要的电压。

阻容降压电路中，所限制的是这个电路工作的最大电流，电流大小由电容的值决定，而最终的输出电压由稳压二极管决定。

额外说明，阻容降压电路的寿命关键在于 降压电容，所有的电容都会有衰减，容量会变得越来越低，在选取的时候应该选择专用的阻容降压电容，相对来说衰减慢一些，电路寿命也会更长。

1.4 阻容降压的优缺点

优点:他最大的特点就是：成本低！体积小！（合理应用相对来说）

但是其实还有一个不得不提的点，交流电通过电容，虽然有容抗，但没有能量消耗（电容储能，你可以理解为一个水库一样，它可以储水，也会出水，但是本身不消耗水），这也是使用电容降压的优点之一。

缺点:缺点说起来可能就有点…… = =！这也是为什么随着技术的进步，其他方案成本的降低，阻容降压慢慢的用得越来越少的原因吧。

安全性不高：它不是隔离电源，得防止人体接触，有一定的触电危险性；

桥式整流比半波整流更差，只适用于小功率电路。

虽然理论上可以增加电容容量加大电流，但是这样电容体积成本会增大，不见得比其他方案更加有性价比了

不适合容性、感性负载：感性负载是指带有电感参数的负载，负载电流滞后负载电压一个相位差特性的为感性负载。

容性负载一般是指带电容参数的负载，即符合电流超前电压特性的负载。

一个超前一个超后，只适用于 阻性负载。耐冲击性不好，不适用于动态负载

二、实际使用说明

我们知道了阻容降压的基本电路，和阻容降压的原理，那么就来看看实际使用中的电路，然后再说明一下使用 阻容降压电路需要注意的问题。

2.1 实际应用电路

我们看一下实际应用电路：

电路作为记录，这里不计算具体数值，但是相对通用标准电路，这里的电路多一些东西，会说明每个部分的特殊用途。

过流浪涌保护：在上图中，最前端多了个保险丝 F1， 和 R8 压敏电阻，这一部分主要起到保护作用，上面的 C4 安规电容，不需要也可以。

在电流过大，或者电压突变的时候，靠着保险丝和压敏电阻保护后端电路。

阻容降压部分：上面提到过，阻容降压部分核心为电容，电容实际中一般用 CBB 和 X2 电容，选择专门用于阻容降压的电容，就是上图的 C2 。

上面 C2 并联了一个电阻 R5，称为泄流电阻，当负载断开以后为降压电容提供放电回路，一般安规有要求，在拔掉电源以后，电压要在一定时间内衰减到多少，就是靠这个泄流电阻。

上图中还多了一个 R6， 这个电阻起到的作用是限流保护，此电阻应为阻燃的线绕电阻，防止第一次上电或者快速断电上电的时候产生的瞬间高压，对后端电路的冲击，比如保护整流二极管。

整流部分：上面电路使用的是全波整流，直接使用的专门的整流桥，就是 D3。

稳压部分：稳压部分就简单了，根据自己的负载电压需求，并联对应的稳压管，上图中的 D4。

滤波电容：滤波电容也比较简单，上图的 C3 ，因为上图后端我还接了 DCDC 降压电路，如果直接接负载，建议再加一个 104 的贴片电容来去除高频谐波。

2.2 电路使用注意事项

阻容降压电路的注意事项很多文章都有说明，我这边结合总结一下：

电容的选取应根据负载的电流大小和交流电的工作频率来决定；根据上面分析原理的公式可以确定。

限流电容必须采用无极性电容；实际中一般用 CBB 和 X2 电容，而且有专门用于阻容降压的电容。

限流电容须接于火线，且电容降压不适合动态负载；

需要直流工作时，尽量采用半波整流。

因为半波整流比全波整流相对安全一些，但是半波整流的功率为全波的一半。

由上面原理分析得到，当电容选定以后，输出电流 的值就确定了，而输出电压就取决于负载电阻大小了。电压不恒定，所以必须要加稳压二极管。

在讲缺点的时候也提到了，阻容降压不能用于大功率负载，负载不能是感性负载和容性负载。

稳压二极管根据负载选定，但是需要考虑一定他的电流因数，下面会分析。

2.3 关键器件选择

保险丝：一般选用 250VAC ，电流根据自己的负载功率选择。

压敏电阻：压敏电阻是用来防止浪涌的，一般来说 110V 的时候选 221k, 220V选 471K ，然后根据负载功率， 5W 以内用 7D（型号） ，5W 以上用 10D。

有的地方建议，220V选 10D561；120V 选10D431；其中 7D 10D 还有14D是压敏电阻根据吸收能量的不同来区分的型号。比如上图实际电路中选择的为 7D471。

线绕电阻/限流电阻：上图中的 R6，阻燃的线绕电阻，此电阻应选择耐电流冲击强和耐高压的电阻，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。

所以一般取 R6 电阻在10-50Ω之间 ，上图实际选的为 33R。

降压电容：耐压应该大于两倍的电源电压，如果电源电压为 110V 时，电容的耐压值必须在 275V 以上；如果电源电压为 220V 时，电容的耐压值需在 600V 以上。

使用无极性电容，常用的CBB 和 X2 降压电容。

根据负载选定大小，一般推荐的容量有：0.1，0.22，0.33，0.47，0.68uF。

比如上图实际中选择的为 0.68uF。

泄流电阻：耐压大于降压电容的电压，功率要注意，也可以使用两个电阻串联起来，比较安全。

断电后为降压电路提供放电回路，一般要求断电后C1电压衰减到37%的时间应小于1秒

RC < 0.37R< 0.37/C

取值一般在 470K ~ 1M，比如上图实际选择的为 750K，1W。

整流桥：如果是选择整流桥，没什么好说的，如果是使用二极管，注意一下整流电流和最大反向电流。

稳压管：根据负载需要的电压来选择，具体采用型号由电压和功率决定。

要特别注意他的电流属性。

稳压管的最大稳定电流必须大于降压电容确定的电流：

原因是电容降压电源提供的是恒定电流，因此一般不怕负载短路，但当负载完全开路时，限流电阻及稳压管回路中将通过全部的电流。

假负载：假负载上图中没有，就是与稳压管并联一个电阻，在没有真正负载的时候，这个电阻就成了这个电路的负载，用来防止电路没有真正负载的时候输出端电流过流。

耐压值必须大于输出电压，一般取值在 10K~1M ，功率要注意，1/4W以上。

结语

本文通过实际使用过的一个阻容降压电路，来分析说明了一下阻容降压电路。

虽然阻容降压有一些明显的缺点，很多地方都基本淘汰了，但是在一些低沉本小功率的场合，还是能见到他的身影。

如果预算有限，或者对阻容降压感兴趣，在合理选型的前提下大家都可以尝试一下这种低沉本的解决方案，如果设计得当，用很低的成本用个几年也不是什么问题。

好了，本文就到这里，谢谢大家！

审核编辑：黄飞