分析一種極低成本的220V轉(zhuǎn)5V電路——阻容降壓電路

今天我們來分析一個交流220V轉(zhuǎn)直流5V阻容降壓電路。

阻容降壓是一種使用極少的元器件、極低的成本就能實現(xiàn)的交流市電轉(zhuǎn)為直流低壓的電路，經(jīng)常用在體積受限、成本敏感的設(shè)備中。

這個電路是很多年前看到的，是一個非常經(jīng)典的電路，出處不詳，雖然簡單但卻很實用。

我把它在multisim里面重畫了一遍，便于仿真分析，如下圖所示：

下面我們把這個電路分成幾個部分，分別分析一下。

先看最左邊的部分：

市電交流220V輸入之后，首先經(jīng)過保險絲X2，提供過流保護的功能。然后經(jīng)過X1和C1，X1是壓敏電阻（這里由于mutilsim軟件中沒有壓敏電阻的元器件，我畫了一個滑動變阻器代替），主要是用于浪涌防護、防雷擊；C6是安規(guī)電容，用于濾波。

這三個器件的作用，都是為了提高電路的安全性和電磁兼容性。

接著是R1和C1的組合，以及R2、R3：

電容C1在電路中是用于降壓，因為電容可以通過交流，但是理想情況下又不會產(chǎn)生功率消耗。所以，選擇一定容值的電容，在交流電通過時有一定的容抗；這個電抗效應(yīng)與后端的電路串聯(lián)，分走了一部分電壓，可以起到降壓的作用。C1的選取對整個電路非常關(guān)鍵，它的容抗的計算公式為Rc=1/(2πfC)，容抗要與后端電阻分壓，以得到合適的輸出。C1耐壓至少要400V，而且是無極性電容，可以選取CL21聚酯或者CBB21聚丙烯電容。

電阻R1用于C1的放電，是為了在斷開供電后，C1上的電壓能夠快速泄放掉。一般要求R1*C1

R2和R3是用于保護的，防止某些時候接觸不良，在C1有電的情況下，與市電的電壓疊加時，對后端的電路產(chǎn)生高壓損傷。一般按經(jīng)驗值，取二者之和為40~50Ω之間。

接下來是兩個二極管D1和D2，這部分很簡單，就是半波整流電路。其實這里用全波整流橋也是可以的，但是兩個二極管更省成本。

要注意的是所選擇的二極管耐壓和電流要足夠。

接下來是下面的濾波部分，也比較簡單，就是RC濾波。

需要注意的是這里的R4的取值，因為R4上會有電流通過，取值太大會浪費很多功率，但是取值太小又會減弱濾波的效果，同時也不能配合后端的穩(wěn)壓管進行穩(wěn)壓，所以需要綜合考慮。

最后是穩(wěn)壓管和負載，穩(wěn)壓管工作時是需要和前面串聯(lián)的R4電阻相互作用的，否則不能穩(wěn)壓。D3選取時，選擇與我們需要的電壓值最接近的穩(wěn)壓管即可。

這里也需要注意穩(wěn)壓管的功率，由于輸出電壓是靠穩(wěn)壓管來調(diào)節(jié)的。加入負載和不加負載時，這部分電路的電流的變化要由穩(wěn)壓管來調(diào)節(jié)，所以需要驗算一下在最大和最小輸出功率的情況下，穩(wěn)壓管是否還能在穩(wěn)壓狀態(tài)下工作。

好了，到這里，電路就分析完了。其實整個電路的核心，就是完成了降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓這幾個功能。

我們再做一下電路的仿真：

可以看到，半波整流、電容濾波后的電壓，差不多在6V~8V；再經(jīng)過RC濾波、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后，基本穩(wěn)定在5.1V左右，而且波動很小。

同時，也注意到，這個狀態(tài)下，負載電流很小時，大部分電流都從穩(wěn)壓管上流過去了，效率是比較低的。當(dāng)負載電流增大時，可以預(yù)見R4上的壓降也會增加，有可能會導(dǎo)致穩(wěn)壓管上的電壓達不到5.1V。所以阻容降壓電路不太適用于負載變化較大的情況，一般用于負載基本不變的場合。

此外，由于阻容降壓電路，即使經(jīng)過了降壓，也還有一端直接連接到了市電220V電線上，所以是有一定觸電危險性的，一般只能用在人體不會觸碰到的場合。

除了上面分析的這種形式，阻容降壓還有很多其他的實現(xiàn)方式，但其核心大多都是采用電容串聯(lián)降壓，之后再整流，最后濾波、穩(wěn)壓，這里我收集了一些類似的電路，有興趣的可以自己分析一下：

下面這個電路中簡化了濾波電路：

下面這個電路，把穩(wěn)壓管也用到了整流功能中，又省了一個二極管；并濾波電路也簡化了：

好了，本節(jié)內(nèi)容就分享到這里了。

　　審核編輯：湯梓紅