阻容降压原理分析及实际用法

将交流市电转换为低压直流的常规方法是采用变压器降压后再整流滤波，当受体积和成本等因素的限制时，最简单实用的方法就是采用电容降压式电源。

1.阻容降压简介

1.1什么是阻容降压

阻容降压的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。
同时在电容器上串联一个阻性元件，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。
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。

下图为阻容降压的典型应用电路，C1为降压电容；R1为C1的泄放电阻，在电源断开时，电容里的电能在R1当中消耗；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；D3为稳压二极管，C2为滤波电容。输出电压为稳压二极管D3的稳定电压值

上图为阻容降压典型应用电路

1.2阻容降压电路的电流计算

根据容抗计算公式：Xc=1/(2πfC)
因为市电频率为50HZ，所以f=50HZ，C=1uF，将其代入容抗计算公式中可以算出1uF的电容容抗约为3185Ω，在通过欧姆定律U=IR，我们可以算出流过1uF电容的最大电流为0.069A，也就是约等于70mA。

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。

1.3阻容降压电路中降压电容大小的选择

在我们实际设计电路当中，我们通常选用只需要记住1uF电容的最大电流为70mA，通过确定负载通过电流的准确值来判断我们所需的电容大小。通过降压电容C1向负载提供的电流Io，实际上是流过C1的充放电电流Ic。C1容量越大，容抗Xc越小，则流经C1的充、放电电流越大。所以得出结论：容值与最大通过电流成正比。(电容降压电路不适合有极性的电容)
还得注意的是，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。结合成本和使用寿命，我们通常会选择CBB电容。

1.4阻容降压电路中稳压二极管选型注意

需要注意的是当负载电流Io小于C1的充放电电流时，多余的电流就会流过稳压管，如果此时流过稳压二极管的电流Ic - Io大于稳压管的最大稳定电流Idmax，那么极易造成稳压管的烧毁。
所以我们在选择稳压管参数的时候也要注意一下稳压管的稳定电流，一般稳压管的最大稳定电流应该取比通过电容电流大一些，稳压管的稳压值应等于负载电路的工作电压。

1.5重点总结

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。

2.实际运用

2.1阻容降压-半波整流电路

在实际运用当中，我们可以用下图代替刚刚上面的阻容降压典型应用电路，这里用了Z1正向特性和反向特性，其反向特性（也就是稳压特性）来稳定电压，其正向特性用来在市电负半周给C1提供放电回路。
上图为阻容降压半波整流电路正半周电流流向上图为阻容降压半波整流电路负半周电流流向

2.2阻容降压全波整流

实际上，我们并建议在阻容降压中使用全波整流电路。因为全波整流对比起半波整流存在一定的安全隐患，其次多了两三个整流二极管的成本。下面是我在网上找到的详细说明：

半波整流电流利用率只有全波整流的一半，但是在阻容降压电路很少用桥式整流，这是由于在电路中我们总希望电路只有一个公共参考点，也就是接地点。如果采用桥式整流，在交流输入端和直流输出端可能出现不同公共参考点，也就是说当交流输入端的N线和L线反接时，直流输出端的参考点可能会带电，这样存在安全隐患；而用半波整流时，直流输出端的地线一直与交流输入端的N相连，这样在电路调试时相对安全一些，但是，也不是绝对安全的，毕竟是非隔离电源，但这只是相对而言，因此在很多的场合，我们基本上采用半波整流，另外还有一方面就是省去了两个整流二极管甚至三个。

上图为阻容降压全波整流电路

3.阻容降压电路优缺点

阻容降压有一些很明显的缺点，很多地方都已经淘汰了，但是在我的工作的场景下，一些低成本小功耗的场合还是能见到他的身影的。

3.1阻容降压优点：

1.成本低！
2.体积小
3.电容本身不消耗能量，因为在理想状态下正弦交流波，电压与电容电流相差90°的电角度，所以电容所做的功属于是无用功，也就没有能量的消耗。

3.2阻容降压缺点：

1.安全性低
阻容降压电路不是隔离电源，要防止人体直接接触，有一定的触电危险性；
刚刚上面也讲了桥式整流比半波整流的不安全。
在进行调试时一定要检测电路是否正确，且不要用手去触碰，安全第一，一定要小心！
2.不适合容性、感性负载，只适合阻性负载
感性负载一般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，负载电流超前负载电压一个相位差特性的为容性负载。
3.耐冲击性不好，不适用于动态负载

4结语

在我入职后接触到的第一个接市电的项目，就是使用了阻容降压的。所以通过查阅资料，学习理解关于阻容后决定写下这篇文章(也是我在嵌入式里的第一篇文章嘻嘻)来加深记忆，同时也希望我的这篇文章能给其他人带来帮助。
说点题外话，在刚接到市电项目，还是非隔离电源的时候，我心里还是挺害怕，一遍遍检查我的电路，心怕刚工作不会就over了吧，我还真是挺怂的哈哈哈哈，不过大家在做非隔离电源项目时一定要保证自己的安全，安全才是最重要的。
本人是个刚入职嵌入式物联网的小白工程师，文章中若有错误的地方欢迎大家指出。
转载请注明出处，谢谢大家。

参考资料:

聊聊阻容降压原理 和 实际使用的电路
阻容降压原理的通俗讲解