阻容降压 - 惯性聚合

1. 阻容降压

1.1 简介

阻容降压，顾名思义就是利用电阻和电容为主要元器件组成的降压电路。

它实质上是利用电容在交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。

阻容降压电路通常用于低成本、阻性负载、小电流、非隔离场合。

输出电压取决于负载。或者后端添加的稳压器件。
输出电流取决于电容容量，容量越大，电流越大。1μF的电容输出约69mA电流。

1.2 阻容降压电路组成

必要组件超级简单，阻容降压电路核心:

就一个1μF，耐压400v的CBB薄膜电容，并联一个断电后辅组放电的大电阻（几百kΩ）。

辅助部分，就看实际需求添加下面的部分或全部。

浪涌保护电路：较少会用到压敏电阻，保险丝等。有些会串一个小电阻（10Ω），用于避免插拔时产生的小火花。
整流电路：需要直流环境，就添加全桥或半桥整流电路。比如LED灯，电池充电等。
稳压电路：对电压有要求，就添加稳压管或稳压模块等相关电路。比如某些芯片需要较低的工作电压。
滤波电路：对电压波纹有要求，就添加滤波电容。

1.3 阻容降压优缺点

优点：

体积小；
成本低；
简单的恒流源。

缺点：

非隔离电源，不安全；
不能用于大功率负载；
不适合容性和感性负载；
不适合动态负载。

2. 相关计算

2.1 容抗与电流计算

电容容抗的计算公式 Xc=1/(2πfC) 其中:

f 为交流信号的频率: 220v交流电的50Hz.
C 为电容值的大小: 比如 1μF。(阻容降压电容通常用到的容量范围: 0.22μF~3.3μF)
π 圆周率...

计算后，220v交流电环境下的1uF的电容所产生的容抗约为3183.1Ω。

与电容并联的泄放电阻的取值，大致选择容抗阻值的150倍即可。

远远大于容抗，正常使用时该电阻几乎没有电流流过，不起作用。直到断电后，给电容放电。

电流计算 I = U/Xc = 220v / 3183.1Ω = 0.069A = 69mA

CBB21	电容 C (μF)	容抗 Xc (Ω) Xc=1/2πfC	I=(U/Xc) *1000 (mA)	泄放电阻 R (KΩ)	Xc*150倍 R (KΩ)	应用
224	0.22	14468.6	15.21	2000	2170
334	0.33	9645.8	22.81	1500	1447	小夜灯-LED
474	0.47	6772.6	32.48	1000	1016	小夜灯-荧光灯
684	0.68	4681.0	47.00	750	702	电蚊拍充电电流 * 容易过充
105	1	3183.1	69.12	510	477	电蚊拍充电电流 * 容易过充
	1.5	2122.1	103.67	360	318	LED 照明
225	2.2	1446.9	152.05	220	217
335	3.3	964.6	228.08	150	145

2.2 按照需求反算电容大小

比如需求是LED灯，大约15个灯珠串联，大约需要45v电压，该灯珠需要约70mA的恒流源。

计算需要多大的电容即多大的泄放电阻。

已知：

I = 0.07A
ULED = 45V
π = 3.1415926
U = 220V
F = 50Hz

LED等效电阻 Rled = Uled / I = 45v/0.07a = 642.86Ω
总阻抗 Z = U / I = 220v/0.07a = 3142.86Ω
容抗的平方=(总阻抗的平方-负载等效电阻的平方)
容抗 Xc = √(Z^2 - R^2) = 3076.41Ω
电容 C = 1/2πfXc = 1μF

泄放电阻 R = 150 * Xc = 477kΩ。

2.3 简化计算

标准的方式: 通过电容容量等参数算出容抗，再通过容抗算出电路输出电流。

或者按照最终需求，反算需要的电容大小。

简化的方式: 将1μF电容输出69mA(或70mA)作为基准计算。

比如按照1μF对应70mA计算。

实际电容是0.33μF，那么输出电流就是: 0.33*70≈23mA

就是这么简答！

3. 应用

3.1 小夜灯-LED

不用变压器也能把220V交流电变为5V直流电？

如上视频中拆解的LED小夜灯，还用到了芯片，所以需要稳压二极管稳压后再用LDO降压到3.3v。

小夜灯-LDO-LED

3.2 电蚊拍充电

超市买的电蚊拍，到第二年夏天，就不能用了。拆开看，是里面的小铅蓄电池没电了。给他充电的就是个阻容降压电路，很容易过充。

果断拆了，换了个18650电池仓，用的时候装电池就行。也不用再把整个电蚊拍插在插座上了。

3.3 LED照明

很多便宜的小灯泡会用阻容降压电路。

4. 小夜灯-荧光灯

4.1 超简结构

这个超简结构，但有不少疑问，所以单独一章介绍。

拆了一个2010年的超简小夜灯: 一个小荧光灯，1个大电容，4个电阻。

没有整流二极管，没有稳压二极管，没有滤波电容...

如下电路图：

小夜灯-小荧光灯

主体是一个2边各3脚的小荧光灯，从左上开始逆时针给6个脚编号1~6。

1和3内部钨丝连接，本电路中外部1-3导线连接在一起。
4和6内部钨丝连接，本电路中外部4-6导线连接在一起。

交流输入1脚接(0.47uF的CBB电容和 520kΩ 电阻并联)，接着连到小荧光灯的(1,3号脚)。
左边上下两脚(1,3号脚)连起来再串一个 100kΩ 电阻连到右边中间脚(5号脚)。
右边上下两脚(4,6号脚)连起来再串一个 100kΩ 电阻连到左边中间脚(2号脚)。
小荧光灯的(4,6号脚)串一个 340Ω 小电阻(可以避免在插电时产生小火花)，后面再串一个开关到交流输入2脚。

4.2 实物图

不清楚这里具体是如何点亮小荧光灯的。

4.3 普通的荧光灯管点亮过程

普通的荧光灯管，还会有镇流器，启辉器配合。

按下开关后，电流通过镇流器，流过灯管2测的钨丝到达启辉器，此时灯管还未点亮。
到达启辉器电压击穿启辉器内部氖气，氖气发光发热，导致动触片形变接触到静触片，形成电流通路。氖气灯熄灭。
有了电流通路，灯管2端的钨丝才有足够的电流流过，加热钨丝。此时灯管仍然未点亮，由于氖气灯已熄灭了一会儿，温度下降，动触片复原，与静触片分离。这里的电流通路断开。
电流突然断了，镇流器里的大线圈会产生大电流阻止电流变化，这个大电流会击穿灯管内部气体，点亮灯管。

启辉器的部分，也可以使用开关，手动触发，只是实际上没人愿意这么干，火花带闪电的，怪吓人的。

4.4 测量了小荧光灯各脚之间的电压

↓黑\红→	1-3	2	4-6	5
1-3	*	16	30	-
2	24	*	14	11
4-6	29	-	*	13
5	16	13	24	*

6脚小荧光灯2测上下2脚内部是钨丝连接，外部也通过导线连接，相当于变成了4脚。

通电点亮后，使用红黑表笔分别测量这4脚之间的电压。

如上表，同样的2点之间，红黑表笔反过来，测量结果是不同的。

其中比较明显的是左边1-3和右边中间5脚，(这2点之间外部串联了100kΩ电阻)：

黑表笔接1-3，红表笔接5，没有电压。
反过来，红表笔接1-3，黑表笔接5，则约有16v电压。

还有与之相对的是右边4-6和左边中间2脚，(这2点之间外部串联了100kΩ电阻)：

黑表笔接4-6，红表笔接2，没有电压。
反过来，红表笔接4-6，黑表笔接2，则约有14v电压。

4.5 人为修正均值后分析

反复测量的多次，人为修正均值后，电压分布大概如下表。

↓黑\红→	1-3	2	4-6	5
1-3	*	16	30	-
2	24	*	15	12
4-6	30	-	*	16
5	15	12	24	*

分析如下:

1-3与4-6之间:

30v最大压差，出现在1-3与4-6之间，是2组钨丝之间的电压。(面积最大)

1-3与4-6是2组钨丝之间，红黑表笔正反接测量结果基本一致。

钨丝和同侧中间点之间:

24v压差，出现在1-3钨丝和中间点2脚之间。出现在4-6钨丝和中间点5脚之间。(距离最近)
16v压差，出现在中间点2脚和1-3钨丝之间。出现中间点5脚和在4-6钨丝之间。(距离最近)

钨丝和同侧中间点之间，红黑表笔正反接测量结果会有差异。红表笔接钨丝的一端电压更高。

钨丝和对面中间点之间:

15v压差，出现在钨丝和对面中间点之间。(距离较远)
无压差，同上2点之间，红黑表笔反过来就无压差了。

钨丝和对面中间点之间，红黑表笔正反接测量结果不同。红表笔接钨丝的一端有压差，反之则无压差。

2侧中间点之间:

12v压差，出现在2侧中间点之间。(距离最远，面积最小)

2侧中间点，是平等的关系，所以红黑表笔正反接结果都差不多一样。

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