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电容滤波电路

发布时间:2018-06-21 责任编辑:xueqi

滤波电路
 
整流电路虽然可将交流电变成直流电,但其脉动成分较大,在一些要求直流电平滑的场合是不适用的,需加上滤波电路,以减小整流后直流电中的脉动成分。
 
一般直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示:
 
 
其中基波最大值为0.6U2,直流分量(平均值)为0.9 U2,故脉动系数S≈0.67 。同理可求得半波整流输出电压的脉动系数为S=1.57,可见其脉动系数是比较大的。一般电子设备所需直流电源的脉动系数小于0.01,故整流输出的电压必须采取一定的措施,一方面尽量降低输出电压中的脉动成分,另一方面尽量保存输出电压中的直流成分,使输出电压接近于较理想的直流电源的输出电压。这一措施就是滤波。
 
最基本的滤波元件是电感、电容。其滤波原理是:利用这些电抗元件在整流二极管导通期间储存能量、在截止期间释放能量的作用,使输出电压变得比较平滑;或从另一角度来看,电容、电感对交、直流成分反映出来的阻抗不同,把它们合理地安排在电路中,即可达到降低交流成分而保留直流成分的目的,体现出滤波作用。
 
常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。其中无源滤波的主要形式有电容滤波,电感滤波和复式滤波(包括倒L型LC滤波,π型LC滤波和π型RC滤波等)。有源滤波的主要形式是有源RC滤波。

电容滤波
 
半波整流电容滤波电路如图Z0710所示。其滤波原理如下:
 
 
电容C并联于负载 RL的两端,uL=uC。在没有并入电容C之前,整流二极管在u2的正半周导通,负半周截止,输出电压uL的波形如图中红线所示。并入电容之后,设在 ωt=0时接通电源,则当u2由零逐渐增大时,二极管D导通,除有一电流iL流向负载以外还有一电流iC向电容C充电,充电电压uC的极性为上正下负。如忽略二极管的内阻,则uC 可充到接近u2的峰值u2m。在u2 达到最大值以后开始下降,此时电容器上的电压uc也将由于放电而逐渐下降。当u2<uc时,D因反偏而截止,于是C以一定的时间常数通过RL 按指数规律放电,uc下降。直到下一个正半周,当u2 >uc时,D又导通。如此下去,使输出电压的波形如图中蓝线所示。显然比未并电容C前平滑多了。
 
 
全波或桥式整流电容滤波的原理与半波整波电容滤波基本相同,滤波波形如图Z0711 所示。
 
从以上分析可以看出:
 
1. 加了电容滤波之后,输出电压的直流成分提高了,而脉动成分降低了。这都是由于电容的储能作用造成的。电容在二极管导通时充电(储能),截止时放电(将能量释放给负载),不但使输出电压的平均值增大,而且使其变得比较平滑了。
 
2.电容的放电时间常数(τ=RLC)愈大,放电愈慢,输出电压愈高,脉动成分也愈少,即滤波效果愈好。故一般C取值较大,RL也要求较大。实际中常按下式来选取C的值:
 
RLC≥(3~5>T(半波) GS0714
 
RLC≥(3~5)T/2(全波、桥式) GS0715
 
3.电容滤波电路中整流二极管的导电时间缩短了,即导通角小于180°。而且,放电时间常数越大,导通角越小。因此,整流二极管流过的是一个很大的冲击电流,对管子的寿命不利,选择二极管时,必须留有较大余量。
 
 
4. 电容滤波电路的外特性(指UL与IL之间的关系)和脉动特性(指S与IL 之间的关系)比较差,如图Z0712 所示。可以看出输出电压UL和脉动系数S随着输出电流IL 的变化而变化。当IL=0(即RL= ∞ )时,UL = U2(电容充电到最大值后不再放电),S = 0。当IL增大(即RL减小)时,由于电容放电程度加快而使UL下降,UL 的变化范围在 U2 ~0.9 U2之间(指全波或桥式),S变大。所以,电容滤波一般适用于负载电流变化不大的场合。
 
5.电容滤波电路输出电压的佑算。如果电容滤波电路的放电时间常数按式GS0714或GS0715 取值的话,则输出电压分别为:
 
UL=(0.9~1.0)U2 (半波) GS0716
 
UL=(1.1~1.2)U2 (全波) GS0717
 
电容滤波电路结构简单、使用方便、应用较广。
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