单火线供电电路

单火线供电电路

大概在10年前，有一个客户设计了一款采用单火线供电的调光电路。

该电路通过阻容降压、3.3V的LDO稳压之后提供3.3V的电源给处理器。

电路采用可控硅调节施加于灯具两端的电压，实现调光。

当灯具处于熄灭状态时，此时可控硅未导通，零火线间的电压通过灯泡的冷态电阻与阻容降压电路形成回路。

分压后的电压经过桥式整流为直流再经过LDO给控制电路供电。

在灯具处于点亮状态时，可控硅并未全导通，在可控硅未导通时，零火线间的电压给控制电路供电。

并向储能电容C2充电，在可控硅导通期间，由储能电容C2向控制电路供电；

值得注意的是，在灯具处于熄灭状态时，流经灯具的电流仍高达十几mA，因此该简易电路仅适用于白炽灯。

而LED等灯具由于电能转为光的效率高，没有额外的热能损耗，十几mA的关态电流完全可以将其误点亮，因此不能通过该调光电路控制；

电路参数计算　

对于交流50Hz的电压，电容C1的阻抗为|Z|=1/(2*π*f*C1)=1/(2*3.1416*50*0.33e-6)=9645Ω。

而白炽灯的电阻和负载电阻相对于C1的阻抗都比较小，

当灯未被打开时，流经整个回路的电流大约为：220/9645=23mA。

控制电路工作电流大概在10几mA，可以满足要求；

限制电阻R2的功率=23mA*23mA*100Ω=52.9mW，选择100Ω/1W的电阻，完全满足功耗要求；

对于稳压二极管D2，即使控制电路不消耗电流，所有23mA流经稳压二极管，其最大功耗为23mA*12V=276mW。

所选择的稳压二极管功耗为1W，也完全满足要求。

一切看上去非常美好。但是，万万没有想到。

灯泡不调光时，限流电阻R2不发热，当灯泡通过可控硅调光时，R2很烫。

客户完全不清楚问题出在哪里？

原因分析

当用可控硅调压时，加在阻容降压电路两端的电压为非正弦波，高频成分的分量大且复杂。

根据电容的阻抗Z=1/(C*2*pi*f*j)，得到频率越高，阻抗越低。

所以，用于阻容降压的电容C1对这些高频成分的阻抗很低。

导致流过与之串联的电阻R2的电流很大，所以很烫。

从频率域分析，没有调压时，频率为单一成份50Hz，则流过R2的电流真有效值为：

50Hz市电流过R2的电流

用可控硅调压后，可控硅的导通角假设为180°-α，则波形为：

采用可控硅调压之后的电压波形

利用傅里叶级数展开，各谐波系数为：

谐波系数

以120°的导通角为例，电压的前几次谐波分量的幅度为：

导通角为120°的谐波分量幅度

电阻R2上消耗的功率为所有谐波所产生功率之和，

公式如下：

谐波产生的功率

根据该公式，可以算出前十次谐波所产生的功率为：78mW。

远大于单一50Hz的市电在R2上所产生的功率；

可见，阻容降压设计时应该考虑高次谐波的影响。

在单火线供电并通过可控硅调光的电路中，采用阻容降压电路是不合适的；