阻容降压电路（阻容降压电路常见故障）

阻容降压电路是小家电厂家钟爱的降压整流电路，其可将220V/50Hz交流电降压整流为低压直流电，具备结构简明、成本低廉的特点。

工作原理

我们下面介绍该阻容降压电路的工作原理。

1. 容抗降压

电容的容抗可降低交流电压，容抗值为：

XC = 1 / (j2πfC)

可以看到，容抗的大小与电容值和交流电频率的大小成反比，两者越小，则容抗值越高，使得交流电压的降低值越高，反之亦反。

如果电源为220V/50Hz的交流电，当电容C为1uF时，其容抗值为-j3183.099Ω。

假设负载电阻为100Ω，且与电源和电容串联，则该负载电阻两端的电压为：

UR = (220∠0° / (100 - j3183.099)) × 100

= 6.9081∠88.2° V

可见，经过容抗降压后，负载电阻两端的电压降至6.9081V。

此时，电容元件的视在功率为：

SC = (220∠0° / (100 - j3183.099)) × (-j3183.099) × ...

conj((220∠0° / (100 - j3183.099)))

= 0.0 - j15.1903 VA

可见，电容元件不消耗有功功率，还会发出无功功率。

这是利用容抗降压的优点：如电容为理想电容，则电容在降压过程中几乎不产生有功损耗。

那如果使用10千Ω的电阻降压，会产生怎样的结果呢？

此时，负载电阻两端的电压为：

UR = (220∠0° / (100 + 10 × 1000)) × 100

= 2.1782∠0° V

可见，电阻也能起到降压的作用，此时电阻的视在功率为：

SR = (220∠0° / (100 + 10 × 1000)) × (10 × 1000) × ...

conj(220∠0° / (100 + 10 × 1000))

= 4.7446 - j0 VA

可见，电阻元件会产生有功损耗。

这是为什么采用电容降压，而不采用电阻降压的原因。

2. 泄放电阻

当电源关闭后，电容中依然储存着大量电荷，需依靠并联在电容两端的高阻值电阻泄放这部分电荷，该高阻值电阻称为泄放电阻。

3. 半波整流电路

半波整流电路可将降压交流电继续整流为低压直流电。

该部分电路由两个二极管组成。

其中一个二极管与降压电路串联，仅使降压交流电的正半周(或负半周)通过。

另一个二极管与降压电路并联，使得降压交流电的负半周(或正半周)回馈至电源。

从效果上看，降压交流电整流为半波交流电，该半波交流电就含有低压直流电成分，进而起到将交流电整流为直流电的作用。

4. 稳压二极管

当交流电源接通，但后续电路未工作时，整流电路的输出电压会上升到较危险的水平。

此时，可将稳压二极管并联至整流电路输出侧。

稳压二极管工作在反向截止区，与降压和整流电路构成回路，且有少量的泄漏电流在该回路流动，使得稳压二极管两端维持着较低电压水平。

5. 滤波电路

半波交流电中虽含有直流电成分，但仍含不少交流电成分，所以要使用滤波电路滤除交流电成分。

利用电容元件通交流阻直流的特性，在输出端并联滤波电容，可以滤除大部分交流电成分，剩下大部分直流电成分。

仿真验证

我们下面使用MATLAB/SIMULINK对以上各部分电路进行仿真验证。

1. 下图是容抗降压电路的仿真图

可见，仿真结果与手算结果相互印证，结果一致。

2. 下图是电阻降压电路的仿真图

可见，仿真结果与手算结果相互印证，结果一致。

3. 下图是容抗降压+泄放电阻+半波整流+稳压二极管的仿真图

稳压二极管两端电压波形(含直流电成分)

可见，仿真结果与手算结果相互印证，结果一致。

4. 下图是容抗降压+泄放电阻+半波整流+稳压二极管+滤波电路的仿真图(请横屏观看)

滤波电容两端间电压波形(直流电成分比重更大)

可见，仿真结果与手算结果相互印证，结果一致。

5. 下图是阻容降压电路+负载电阻的仿真图(请横屏观看)

负载电阻两端间电压波形(含直流电成分)