阻容降压电路优化方案

在电阻电流电路中为了达到较好的效果，一般要求电阻值比较大，但是这样一来电阻上的功耗也较大，不仅降低电源的效率，而且还会发热产生高温，存在一定的安全隐患；因此，不宜用在电压较高且波动较大的交流电网供电的LED小夜灯电路。有没有一种类似串联电阻的可用于交流电网的简单有效的限流方法呢？答案是肯定的。这就是串联电容的LED限流电路。利用电容降压限流的电路早已在很多小型电器上广泛应用，市场上一般称为阻容降压电路。

电容降压电路是一种常见的小电流电源电路，由于其具有体积小、成本低、电流相对恒定等优点，非常适合应用于LED小夜灯的驱动电路中。小夜灯一般不作为室内的主光源来使用的，而做辅助性的照明及装饰之用。下图所示是常见的LED小夜灯，日常使用的电灯在夜里开灯瞬间光线太强刺眼，多有不适，而小夜灯光线柔和，在茫茫黑暗中，起到指引照明的作用。同时，小夜灯品种丰富，可选性强，具有装修，点缀的家居功效。

图2-5　LED小夜灯

将交流市电转换为低压直流的常规方法有一是开关电源变换，二是采用变压器降压后再整流滤波，但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阻容降压式电源。当然，采用阻容降压电路作为LED小夜灯的驱动时，LED的亮度可能不能稳定，当供电电源电压较低时LED的亮度变暗，供电电源电压较高时LED的亮度变亮。以阻容降压方式驱动LED的最大优势是成本低。

LED小夜灯的具体电路如下图所示，这种电路的输出电压通常在几伏到几十伏。它的优点是电路尺寸小（占空间小）；电路所能提供的电流大小与限流电容的容量成正比，因而负载上电流容易估算，当使用全波整流时可由下面公式来估算：

其中：C为降压电容，单位为μF，IL的单位为mA。例如C=0.22μF时，流过负载的电流约15mA，并且这个电流是比较稳定的。电路的缺点是对市电是不隔离的，容易触电，要求封闭在灯头内，并有良好的绝缘。

图2-6　LED小夜灯电路

电路原理分析：因为负载（4个LED）需要正向电压才可以正常工作，而市电是有正负电压的交流，所以需要整流电路，如参考电路图，D1～D4组成全波整流电路将市电50Hz的交流电压转换为上正下负的100Hz电压。而220V的市电经全波整流后电压最大值约310V，显然已大大超出了四个串联的LED灯的承受能力，所以需要在全波整流电路的基础上加入降压电容C1、保护电阻R2、滤波电容C2。与电容C1并联的电阻R1作用是断开电源后泄放C1上的电荷，从而防止电路在断开电源的情况下带电。(www.xing528.com)

综上所述，电路原理为市电经降压电容变为幅值远小于市电的交流电，又经过全波整流二极管后，变为幅值很小、上正下负的电压，再经过限流电阻、滤波电容，从而为4个LED提供了额定的工作电压和电流。

那么，阻容降压电路是如何实现降压的呢？这主要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。例如，在50Hz的工频条件下，一个1μF的电容所产生的容抗约为3185Ω。即：

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69mA。虽然流过电容的电流有69mA，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，它所做的功为无功功率。根据这个特点，我们如果在一个1μF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主要取决于这个阻性元件的特性。例如，我们将一个110V/8W的灯泡与一个1μF的电容串联，在接到220V/50Hz的交流电压上，灯泡被点亮，发出正常的亮度而不会被烧毁。因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V=72mA，它与1μF电容所产生的限流特性相吻合。同理，我们也可以将5W/65V的灯泡与1μF电容串联接到220V/50Hz的交流电上，灯泡同样会被点亮，而不会被烧毁。因为5W/65V的灯泡的工作电流也约为69mA。

因此，阻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。

整流后未经稳压的直流电压一般会高于30V，并且会随负载电流的变化发生很大的波动，这是因为此类电源内阻很大的缘故所致，故不适合大电流供电的应用场合。

阻容降压电路设计与使用时要特别注意：

1.电路设计时，应先测定负载电流的准确值，然后参考示例来选择降压电容器的容量。因为通过降压电容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。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，若稳压管的最大允许电流Idmax小于Ic-Io时易造成稳压管烧毁。通常降压电容C1的容量C与负载电流Io的关系可近似认为：C≈14.5×IO，其中C的容量单位是μF，IO的单位是A。

2.为保证C1可靠工作，应选择其耐压大于1.25倍的电源电压幅值。

3.泄放电阻R1的选择必须保证在要求的时间内泄放掉C1上的电荷。

4.电容降压式电源是一种非隔离电源，在应用上要特别注意隔离，防止触电。