基于電容和電阻的兩種降壓電路的分析與實現(xiàn)

方玲麗 范俊川 裘宏波 潘云川 王朝棟

（重慶川儀控制系統(tǒng)有限公司上海分公司 上海市 201204）

降壓電路種類繁多，且應(yīng)用非常廣泛。降壓電路按照電壓種類來分，常見的可主要分為交流降為交流，交流降為直流，直流降為直流。首先交流降為交流，通常采用的方法是變壓器，通過線圈互感實現(xiàn)交流電壓的降壓[1]。直流降壓為直流，多采用buck 電路，如果是低電壓的降壓，通常采用電源集成芯片的方案，既易于實現(xiàn)，成本又低。本文主要討論的是交流降壓為直流。交流到直流的降壓，必須經(jīng)過一個交流轉(zhuǎn)換成直流的過程。這個過程，常用的方法就是橋式整流電路[2,3]。本文論述的實驗，采用的是一款成熟的單相橋整流集成芯片DB106。集成芯片往往比自己搭建的整流橋電路可靠性高，且體積小，成本低，防護好，因此，集成芯片的使用是電子行業(yè)的趨勢。本文論述的兩種降壓電路，都使用了這款DB106 集成芯片。

220V 降壓電路，運用場合非常廣泛。很多設(shè)備，通常不能直接使用220V 的交流市電，需要將其轉(zhuǎn)換成直流電。如DCS 系統(tǒng)中的I/O 模塊，多數(shù)場合，需要為其提供24V 供電。應(yīng)用于一些特殊場合的DCS 系統(tǒng)的I/O 模塊，需要使用DC48V 供電。本文所述，即為實現(xiàn)市電AC220V 轉(zhuǎn)為DC48V。

1 第一種降壓電路

第一種降壓電路的電路圖如圖1所示。

如圖1所示，從左到右，N1、L1 分別連接市電AC220V 的零線和火線，電容C1、C2 串聯(lián)，R1 與C1 并聯(lián)，整流橋芯片DB106 與C2 并聯(lián)。R1 的作用是為C1 提供放電回路，在電路斷電時泄放與之并聯(lián)的C1 儲存的電荷，否則人體接觸會有觸電感，因此R1 起到一定的安保作用。電容C1、C2 對AC220V 進行交流分壓，DB106 與C2 并聯(lián)，將C2 兩端的交流電轉(zhuǎn)換成直流電壓后，經(jīng)47V 的穩(wěn)壓管1N4756 穩(wěn)壓后，再經(jīng)C17 進行濾波，最后得到DC48V±10%的電壓，其中A1 為DC48V 的正端，B1 為DC48V 的負端。

DB106 是一款成熟的單相橋整流器集成芯片，其最大可重復(fù)峰值反向電壓達800V，最大均方根電壓達560V，最大正向平均整流電流達1A，工作溫度范圍廣，達-55～+150℃。C1、C2 最好可選用聚丙稀電容（又叫CBB 電容），耐壓最低應(yīng)達400V，最好選擇耐壓630V 及其以上的電容，電容的容值可根據(jù)需要靈活調(diào)整，如需要24V 或60V，可改變C1 和C2 的容值來實現(xiàn)不同分壓。理想狀態(tài)下，兩串聯(lián)電容的電壓分配與各電容的容抗大小成反比，電容容抗大小滿足如下公式：

實際電路測量，當(dāng)C1 和C2 分別取值為97nF 和470nF 時，A1和B1 端的電壓能達到DC48V±10%的指標(biāo)。

2 第二種降壓電路

第二種降壓電路如圖2所示。

N1、L1 分別接市電AC220V 的零線和火線，經(jīng)整流橋芯片DB106 轉(zhuǎn)換成直流后，再經(jīng)過R1、R2 進行直流電壓分壓，所分配的電壓值與電阻值成正比，只需選取恰當(dāng)?shù)碾娮柚?，使R2 兩端的電壓為DC48V±10%，最后經(jīng)過穩(wěn)壓管1N4756 穩(wěn)壓和電解電容C17 進行濾波后，在A1 和B1 兩端得到DC48V±10%，A1 為正端，B1 為負端。

3 兩種降壓電路分析與實現(xiàn)

以上所述兩種降壓電路，經(jīng)過實驗測試驗證，均能實現(xiàn)AC220V 50Hz 轉(zhuǎn)DC48V±10%的功能，實現(xiàn)原理大致相同，都是需要經(jīng)過一個集成整流橋芯片DB106，將交流轉(zhuǎn)換為直流，最終實現(xiàn)交流到直流的降壓過程。區(qū)別在于第一種是先利用電容進行交流分壓，第二種是交流轉(zhuǎn)直流后，再利用電阻分壓，具體特征對比分析如表1所示。

表1：兩種方案特征對比

4 常見的“阻容降壓”電路

另有一種常見的阻容降壓電路，與本文所述的降壓電路略有不同。電路圖如圖3所示。

圖1：第一種降壓電路原理圖

圖2：第二種降壓電路原理圖

圖3：電路圖

如圖3所示，該電路由阻容搭建而成，從左往右，N1、L1 分別接市電AC220V 的零線和火線，然后經(jīng)過一個大電容C1，C1 的作用主要是限制電流，R1 與C1 串聯(lián)，其作用主要是作為C1 的泄放電阻，防止C1 電荷量太大，人體接觸會有觸電感，作用同上述的泄放電阻。D1～D4 組成整流全橋橋堆，作用與上述的DB106 相同。D5 是穩(wěn)壓管，起到一定的穩(wěn)壓作用，C2 是濾波電容，經(jīng)過濾波后的電壓，在A1 和B1 兩端就呈現(xiàn)為直流電壓。雖說這是阻容降壓電路，但實際上，降壓作用并不明顯，主要是通過C1 限流來實現(xiàn)后端電壓的降低。所以主要還需根據(jù)負載電流的大小來決定分壓大小[3～6]。

這種業(yè)內(nèi)常見的“阻容降壓”電路與本文所述的兩種阻容降壓電路，有著本質(zhì)的不同。本文所述的降壓電路，是名副其實的，利用電容或者電阻，在交流轉(zhuǎn)換前或者轉(zhuǎn)換后，利用分壓原理降低電壓，而這種電路，則是通過限流，即通過控制電路流過的電流來實現(xiàn)電壓的降低。

5 結(jié)論

本文主要介紹了兩種阻容降壓電路，這兩種依靠單相整流集成芯片DB106 實現(xiàn)的交流轉(zhuǎn)直流降壓電路，結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)、成本低、用途廣泛。但是電壓精度不高，雖然后端接穩(wěn)壓管，但電壓穩(wěn)定度依舊較差，實際使用時，還需在后續(xù)增加穩(wěn)壓電路。當(dāng)后續(xù)沒有增加穩(wěn)壓的電路，且在負載開路時，輸出電流沒有負載分流，電流全部流過穩(wěn)壓管，所以應(yīng)盡量避免電路長時間空載。這兩種電路適用于電壓需求盡量不高于DC60V，電流不大，約幾十毫安的場合。并且，第一種電容分壓降壓不適用于容性負載和感性負載，否則會影響輸出電壓值[4]。實際實驗測得，第一種電路在導(dǎo)通時刻，A1 和B1 兩端的電壓會增大，因為后端加的濾波電容，實際與前面的分壓電容形成并聯(lián)，從而影響了輸出電壓值。

另外，本文還分析了另一種常用的阻容降壓電路，及其與這兩種電路的區(qū)別和聯(lián)系。對于這些小規(guī)模的阻容降壓電路，共同的特點都是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、用途廣泛，但安全性和穩(wěn)定性也較差，尤其在接觸市電的情況下，一定要注意安全防護，在實際應(yīng)用中，應(yīng)提前做好充分驗證，調(diào)試好器件參數(shù)，避免事故發(fā)生。