简单讲解阻容降压电路，结合两个暖杯垫，了解供电电路的应用

jf201006

本帖要为三个部分：
一、简单了解阻容降压(限流)电路及计算方法；
二、拆解NBD-520暖杯垫；
三、拆修恒温保温杯垫TB-012。

直接入题

一、了解阻容降压（限流）电路

电路中降压的方法有很多，阻容降压只需要一个电容和一个电阻就能实现降压(限流)，成本低廉，所以使用广泛，在小家电（电蚊拍、电饭煲、电风扇、温控器、智能电表等）的电源电路中，很多都使用了阻容降压电路。

（一）基本原理，阻容降压的本质不是降压，而是限流，其输出电压大小由负载的阻抗大小决定，阻抗大电压就高，阻抗小电压就低。其原理是利用电容在一定频率的交流信号下产生的容抗来限制最大工作电流。电容实际上起到一个限制电流和动态分配电容和负载两端电压的角色。在市电50Hz频率下，它的输出电流一般都小于200mA，输出的最高电压取决于所使用的稳压管稳压值，而输出在最大电流取决于电容容量的大小，电容容量越大，电流越大。

（二）电路形式，阻容降压电路主要由：阻容降压电路、整流电路、稳压电路、滤波电路构成。



1.阻容降压电路：C为降压电容，这是整个电路核心。R为断开电源时C的泄放电阻，它的作用是保证在规定的时间内泄放掉C上的电荷。
2.整流电路：D1~D4组成全波整流电路，也有都采用半波整，但电流利用率较低。
3.稳压电路：ZW为稳压二极管，当流向负载的电流变小时，导致电压上升，稳压管击穿，多余的电流就会流过稳压管，使输出电压降低，最终稳定在稳压管的稳压值附近。
4.滤波电路：CL为滤波电容，主要采用电解电容或者CBB电容，可根据输出纹波要求选择适当容量的电容。



图二为阻容降压半波整流电路的典型应用电路，C为降压电容，R为C的泄放电阻，D1为半波整流二极管，D2在市电的负半周为C提供放电回路，否则电容C充满电就不工作了，ZW为稳压二极管，CL为滤波电容。输出电压值为稳压管ZW的稳压值。



图三为另一种阻容降压半波整流电路的应用，利用稳压二极管ZW的正向导通性，代替D2为C提供放电回路。输出电压值比稳压管ZW的稳压值低一个PN结电压（0.7V）。这个电路中，稳压二极管ZW兼做电容C的放电回路，故，其正向导通电流要大于Ic，保证其不被烧毁。一般在为芯片供电的阻容降压电路宜选用半波整流电路。

（三）估算

1.以图一为例，图中元件为理想状态（二极管压降为0，电容C没有功耗），市电：U=220V；f=50Hz，计算中不考虑稳压值。
电容C的容抗：Xc=1/(2πfC)=1/(2*3.14*50*C)=1/(314*C)。
流过电容C的电流：Ic=U/Xc=220*314*C=69080*C。
以上，电压单位为V；电流单位为A；电容单位为F；容抗电位为Ω。流过电容C的电流是最大电流，当负载或稳压值发生变化时，负载电流Io是不会超过Ic的。
若电容单位取uF，则Ic=0.069*C，所以，在工程中取C(uF)=14.5*I(A)，当电容取1uF时：容抗Xc=1/(314*0.000001)=3.1847(KΩ)。流过电容C的最大电流Ic=0.069*1=0.069(A)=69(mA)。

下表为不同容量电容与电流大小关系：



2.若使用半波整流，只有在D1导通的正半周有电流对负载做功，而负半周时（D2或ZW的导通）时不输出电流的，所以半波整流的最大输出电流是全波整流的最大输出电流的一半。

（四）注意事项

阻容降压电路虽然成本低，但未和220V交流高压隔离，存在安全隐患，一般应用在接触不到的地方。
电容C支路须接于火线，电容C必须是无极性，且耐压要大于400V，并加串防浪涌冲击兼保险电阻和并放电电阻。使用金属膜CBB电容为佳，有些电路也使用安规电容。根据电容大小选取合适的泄放电阻。泄放电阻大可以降低功耗，但是泄放效果差，电容C放电时间长。泄放电阻通常为500kΩ～1MΩ，根据降压电容的容量大小需要进行一些微调，以达到更好的泄放效果，下表是泄放电阻与降压电容之间的关系，降压电容大时要求泄放电阻小。



注意稳压二极管的功耗，不能断开稳压二极管运行。阻容降压电路不能用于大功率场合，一方面由于结构简单不安全，另一方面电容的容量与电流也有着限制，一般使用场合电容容量不超过2.5uF。阻容降压电路适合用在负载电流小且负载固定的场合，不适合动态负载条件、感性负载、容性负载场合。

二、拆解NBD-520暖杯垫

（一）拆解外观



从玻璃面打开



玻璃面有PTC发热体和散热片



PTC发热体夹在散热片之间



底座里面有一个小电路板



小板上有保险和指示灯



定时开关串在电源线里，有三个LED，分别代表2小时、4小时和9小时。拆掉两个螺丝可分开



定时器主板正反面



板上主要元件



给元件标号，方便跑电路



电路如下



（二）电路原理

定时电路由阻容限流、整流稳压滤波、控制部分组成。



1、电源供给之阻容限流C1与R2组成市电的限流，C1选取的较小(0.22uF)，限流应该在15mA左右，R2是断电后为C1放电的。R1抑制浪涌和相当于保险的作用，就是对后级电路的保护。
2、电源供给之整流稳压D1、D2完成半波整流。市电正半周时D2导通，市电负半周时D1导通。
正半周电压通过W1稳压、C2滤波后，给MCU供电。
3、控制U2完成定时控制，其2脚输入，通过按键开关接地，接受低脉冲，循环定时2小时、4小时、8小时和常开。LED1点亮指示2小时定时、LED2点亮指示4小时定时……，三个灯全亮(亮度较低)为常开。U2的4脚为输出脚，输出的低脉冲通过R3控制可控硅Q1的开关。
4、输出控制电路中，市电的火线L为低压电源的正极，同时接在可控硅Q1的T1极。MCU的负极比火线L的电位低（5V），输出的有效脉冲为低脉冲，Q1的G极相对Q1的T1极为低。所以在市电的一个周期内，Q1的T1极和T2极发生反转，使得Q1工作在第II、III象限。

（三）关键波形

1、市电输入与输出到PTC的波形



2、Q1的T2对T1及G对T1的波形



3、Q1的G极对低压电源“地”的直流耦合波形



（四）说明

1、阻容限流值偏小，当MCU工作时，输出驱动Q1的电流较大，使供电电压下降。电路图中的5V是待机电压，当PTC工作时，电压降为了3.2V。
2、严格讲，阻容电路接在市电零线N上，是不规范的。但这个小电器使用了两脚插头，无法区分火零线。


三、拆修恒温保温杯垫

TB-012故障是触摸能点亮红灯和绿灯，但是不加热。可能是可控硅或PTC发热器坏了

（一）拆这个是从背面拆开的，胶粘的，没有螺丝。PTC上粘着的铝箔纸已经烧黑了。



PTC是用高温胶带包裹着



主板正反面



元件情况



进一步拆开PTC，已经有多处烧结、发黑



测量可控硅是好的，抄了下电路



简单打磨，并在PTC两面垫上一层铝箔纸，以增加接触面积和压力



重新装回去



可以加热了


（二）电路简单分析主板正面



1、主要功能分析



电路中，Q001及其外围电路完成什么功能不清楚
主要功能电路与上面的暧杯垫电路构架基本相同



C004与R003组成阻容限流电路，最大限流值约为69mA。
VD003、VD004、ZD001与C001、C003完成半波整流、稳压和滤波。
U001完成触摸信号接收、高（红LED）低（蓝LED）温的指示及控制可控硅Q002的开关。Q002工作在第II、III象限，其开关控制PTC的加热及停止。

2、未知功能测试，电路中R001、R002及VD001、VD002是完成了对市电的整形采样，信号经过Q001处理后送入U001的5脚，由于R005的存在，5脚接收的有效电平为低电平。此电路中控制可控硅Q002不需要市电的同步信号，难道U001需要外部时钟？
再看U001，是合泰单片机BS83B04。







BS83B04A-4提供最多4个触控按键，4个I/O，内建2K字长的编程内存，128字节的RAM，64字节的EEPROM，支持I2C接口，可当主控MCU，也可搭配主控MCU专门负责触控按键的侦测。并且内建高精准度RC震荡器，应用电路只须极少的组件即可工作。也就是说，U001不需要外部时钟。那U001的5脚接收这个信号是做什么呢？拆下Q001，做测试：开高温，红LED亮，加热正常；U001的5脚接+5V时，低温(蓝LED亮)时，加热21秒左右，停39秒左右。当U001的5脚接地时，低温(蓝LED亮)时，依然是加热21秒左右，停39秒左右。说明与其5脚的信号无关。如果是定时关机（停止加热），完全可以使用内部时钟，也不必多加元件使用外部时钟。加外，Q001使用的是PNP三极管，在导通时，其C极是电位高于E极电位，其如何工作？手上有这个型号的恒温保温杯垫的坛友可看看说明书，或许是有其它功能。

（四）Q001相关波形

市电输入与输出波形



Q001的B极与C极波形



Q001的B极与Q002的G极波形



Q002的T1极对G极波形




（五）了解PTC

PTC加热器又叫PTC发热体，核心是PTC陶瓷发热体，是一种正温度系数特性的发热元件。该类型PTC加热器有热阻小、换热效率高的优点，是一种自动恒温、省电的电加热器。突出特点在于安全性能上，任何应用情况下均不会产生如电热管类加热器的表面“发红”现象，从而引起烫伤，火灾等安全隐患。

恒温加热PTC热敏电阻具有恒温发热特性，其原理是PTC热敏电阻加电后自热升温使阻值进入跃变区，恒温加热PTC热敏电阻表面温度将保持恒定值，该温度只与PTC热敏电阻的居里温度和外加电压有关，而与环境温度基本无关。PTC加热器就是利用恒温加热PTC热敏电阻恒温发热特性设计的加热器件。在中小功率加热场合，PTC加热器具有恒温发热、无明火、热转换率高、受电源电压影响极小、自然寿命长等传统发热元件无法比拟的优势，在电热器具中的应用越来越受到研发工程师的青睐。恒温加热PTC热敏电阻可制作成多种外形结构和不同规格，常见的有圆片形、长方形、长条形、圆环以及蜂窝多孔状等。把上述PTC发热元件和金属构件进行组合可以形成各种形式的大功率PTC加热器。

谢谢观赏！
祝坛里的诸婶节日快乐哈！！

补充：感谢@8139 指正，这个错误有点不应该，已改正。不仅暴露了输入法，也暴露了年龄。

8139

前排搬沙发学习jf的课件

这种杯垫冬天用着确实方便，喝水都是温热的，舒服。

de个小bug，标题和正文里《暧杯垫》应该是《暖杯垫》，jf的五笔输入法暴露了

辉腾8888

跟着悟空学习。。。谢谢分享，楼主辛苦了

smg小沈

学习一下   讲的很详细的啊

邪恶海盗

太高级了，看不懂...


二○二四年十月三十一日

panmouse

网上有卖TOP220封装类似晶体管的两脚高精密RTP无感厚膜采样电阻，我之前拆过一个金灶的暖杯垫，里面的发热体是一个三脚类似晶体管的东西，不知道是不是这种电阻还是真的是晶体管。

拆一个金灶暖杯垫 - 拆机乐园 数码之家
https://www.mydigit.cn/thread-466614-1-1.html

qrut

不错 有有原理有分析 后排学习一下～

xxwwmm2017

楼主辛苦了，谢谢分享

readonly

现在看来，阻容降压落后了，BUCK电源才是正道，看我这个：https://www.mydigit.cn/thread-479591-1-1.html

sumandigit

讲解很详细, 谢谢分享

花品

谢谢楼主分享 学习学习

qwazxx

阻容降压电路比较成熟，好多电子产品选用

mhtlov

这么详尽啊

wgm468

谢谢分享，学习一下 阻容降压电路感觉使用比较多的

kkdkj

優秀文章 收藏加淘贴

lookball

8139 发表于 2024-10-31 18:12
前排搬沙发学习jf的课件

这种杯垫冬天用着确实方便，喝水都是温热的，舒服。

猴哥果然是火眼金睛，还真没注意到这错别字

玫瑰余香

正打算买一个，有220v的和usb的，usb插头的里面又是用的啥加热的呢？

b26359

基础知识、原理分析、故障处理相结合的好贴，盛赞！

8139

lookball 发表于 2024-10-31 20:38
猴哥果然是火眼金睛，还真没注意到这错别字

原厂标配火眼金睛

tongzijun

阻容降压有成本低，价格便宜的优点。