史上最严谨的阻容降压计算（本人原创，以附件形式给出）

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史上最严谨的阻容降压计算（本人原创，以附件形式给出）

月下孤狼2016/01/03电子技术 IP:四川

应虎哥要求，发成正规的帖子。依然给出附件，看上去会舒服点。

史上最严谨的阻容降压计算.pdf 502.88KB PDF 1910次下载预览
感谢坛友指出文中出现的全桥整流压降问题，我必及时改正。文中所有“0.7V”压降实际上应该是1.4V。有时候一些很细节的问题容易被忽略，由于文中公式比较多，故修改需要一些时间。

史上最严谨的阻容降压理论计算

编者：黄睿

阻容降压作为一种低成本的小功率降压手段，广泛应用于各种对成本敏感的场合中。然而，由于广大设计者长期仅仅根据经验对电阻，电容的值进行估算，造成目前国内采用阻容降压结构的一些小电器，比如LED节能灯的驱动，存在效率低下，寿命短等问题。
笔者查阅大量文献，发现大部分描述阻容降压的文献，都是采用“容抗”来近似估算电阻，电容的取值。说到这里，你可能很奇怪，电网中的交流电就是正弦波啊，用容抗计算有什么不对吗？
下图为针对纯电阻负载，比如白炽灯，电烙铁等采用电容限流降压的电路图。

在这种情况下，电容C两端电压为正弦波，可以直接使用阻抗公式进行计算。
本文主要讲的是如今用的更多的，包含整流桥，稳压二极管的阻容降压电路，如下图所示。

由于整流桥的存在，只有当交流电源电压与限流电容电压之和大于输出滤波电容电压的时刻，整流桥才会导通；当不满足这个条件的时候，整流桥截止，无电流流过限流电容C，由电容伏安关系

可知，电容两端电压将不会变化。这无疑给理论计算带来困难，电容两端电压将是一个分段函数，是不可以用容抗来计算的。
上电冲击电流约束电阻的作用是，在上电一瞬间，由于限流电容两端电压不能突变，将会产生一个相当大的冲击电流，必须用一个电阻来约束这个电流的峰值。这个电流由TVS，整流桥，和输出滤波电容承受（稳压二极管无法承受巨大的浪涌电流，很多用稳压二极管设计的电路容易坏）。最极端的情况是，用户接通交流电源，而输出滤波电容还还没升上去，依然是0，此时限流电容两端电压峰值为

在这个峰值的时候用户恰好断开交流电源，限流电容两端的泄放电阻（图中未画出，是一个用于泄放电容剩余电荷的电阻）还来不及将电荷释放，用户又迅速将交流电源接上，而且此时交流电源瞬时电压正好是

此时施加在这个限流电阻上的电压大小是

根据欧姆定律很容易得到最最最极端条件下的上电冲击电流

我们必须约束电阻R使得这个冲击电流最大值小于TVS和整流桥两个半导体元件中耐冲击电流最小的一个元件的最大承受脉冲电流值。
因为即使是1N4007这样的二极管，最大也能承受30A的短时脉冲；而一般的TVS管普遍能承受50A以上的冲击电流，所以这个上电冲击限流电阻的阻值一般在几十欧姆，在毫安级别的阻容降压电路里，这个电阻分得的电压几乎为0，所以在后面的计算中可以忽略不计。

下图为限流电容和交流电源波形图，这里只分析

这种最常见情况。
不满足这条表达式时候情况会不一样，不过阻容降压常用的场合基本上都符合这条表达式，比如220V降压到12V，15V。

上图蓝线为电源电压，红线为限流电容两端的电压。
红线所表示的限流电容电压表达式用分段函数表示如下：

上面的分段函数表示形式是无法进行计算的，要想办法把分段函数后面区间约束写成只包含时间t的不等式。

以发现，电容两端电压虽然不是一个完整的正弦波，然而计算并不困难，因为对于二极管不导通的时刻，电容电压维持不变。而且电容电压也是一个周期函数，为了求得流过电容电流绝对值的平均值（这个平均值就是阻容降压电路的直流输出电流与TVS承受电流平均值之和），完全可以只计算1/2个周期的电流平均值。

这就得到了这个区间内电流的表达式，不过我们需要的其实是1/2周期内电流的平均值，也就是用电流在这个区间内的定积分除以1/2周期即可。

最后得到的计算结果就是阻容降压电路在输出U0时允许的最大输出电流，如果超过了这个电流，输出电压将被拉低。
由于实际上我们是要根据输出电压，输出电流，输入电压来计算限流电容的大小，而且国内电网是220V，50HZ，所以对上面的公式进行变形以及简化，得到针对我国电网的公式：

下面，用电路仿真来验证本文推导公式的正确性，由于这属于一个简单电路，而且频率很低，软件默认的步长所呈现仿真结果准确性还是相当高的。

下面进行实际测试，实际测试，用一枚200欧姆电阻作为负载，电压不会超过12V，因为如果超过12V，那么输出电流必然大于60毫安。

本文的PDF形式附在帖子开头，由于论坛发帖排版实在。。。

[修改于 9年5个月前 - 2016/01/04 19:13:36]

+1 学术分

虎哥 2016/01/04 鼓励理论指导实践

来自：电子信息 / 电子技术

全部只看作者

~~空空如也

月下孤狼

作者

9年5个月前 IP:四川

802924

5楼

引用家电:
既然用了全桥为何还代0.7呢？

这个是一般工频整流管的压降，不是1.414/2。。。当然这里完全可以忽略所有压降。。。不过强迫症嘛，能尽可能精确点就精确点。

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月下孤狼

作者

9年5个月前 IP:四川

802938

11楼

引用家电:
我的意思是导通时有两只管子的压降

谢谢提醒，这是我的问题，我会进行修正。

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月下孤狼

作者

9年4个月前 IP:天津

806032

14楼

抱歉，一直没空修复那个管子压降问题，最近太忙了。。。1.4，1.4.。。。因为我用的是没激活的mathtype，不能保存工程文件。。。要修改的话必须重新输入那么多公式。

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