電容濾波電路,全波或橋式整流電容濾波的原理

濾波電路

整流電路雖然可將交流電變成直流電，但其脈動成分較大，在一些要求直流電平滑的場合是不適用的，需加上濾波電路，以減小整流后直流電中的脈動成分。

一般直流電中的脈動成分的大小用脈動系數(shù)來表示：

脈動系數(shù)（S）＝

GS0712

例如，全波整流輸出電壓uL可用付氏級數(shù)展開為：

其中基波最大值為0.6U2，直流分量（平均值）為0.9 U2，故脈動系數(shù)S≈0.67 。同理可求得半波整流輸出電壓的脈動系數(shù)為S＝1.57，可見其脈動系數(shù)是比較大的。一般電子設(shè)備所需直流電源的脈動系數(shù)小于0.01，故整流輸出的電壓必須采取一定的措施，一方面盡量降低輸出電壓中的脈動成分，另一方面盡量保存輸出電壓中的直流成分，使輸出電壓接近于較理想的直流電源的輸出電壓。這一措施就是濾波。

最基本的濾波元件是電感、電容。其濾波原理是：利用這些電抗元件在整流二極管導(dǎo)通期間儲存能量、在截止期間釋放能量的作用，使輸出電壓變得比較平滑；或從另一角度來看，電容、電感對交、直流成分反映出來的阻抗不同，把它們合理地安排在電路中，即可達到降低交流成分而保留直流成分的目的，體現(xiàn)出濾波作用。

常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。其中無源濾波的主要形式有電容濾波，電感濾波和復(fù)式濾波（包括倒L型LC濾波，π型LC濾波和π型RC濾波等）。有源濾波的主要形式是有源RC濾波。

電容濾波

半波整流電容濾波電路如圖Z0710所示。其濾波原理如下：

電容C并聯(lián)于負載 RL的兩端，uL＝uC。在沒有并入電容C之前，整流二極管在u2的正半周導(dǎo)通，負半周截止，輸出電壓uL的波形如圖中紅線所示。并入電容之后，設(shè)在 ωt=0時接通電源，則當(dāng)u2由零逐漸增大時，二極管D導(dǎo)通，除有一電流iL流向負載以外還有一電流iC向電容C充電，充電電壓uC的極性為上正下負。

如忽略二極管的內(nèi)阻，則uC 可充到接近u2的峰值u2m。在u2 達到最大值以后開始下降，此時電容器上的電壓uc也將由于放電而逐漸下降。當(dāng)u2＜uc時，D因反偏而截止，于是C以一定的時間常數(shù)通過RL 按指數(shù)規(guī)律放電，uc下降。直到下一個正半周，當(dāng)u2 ＞uc時，D又導(dǎo)通。如此下去，使輸出電壓的波形如圖中藍線所示。顯然比未并電容C前平滑多了。

全波或橋式整流電容濾波的原理與半波整波電容濾波基本相同，濾波波形如圖Z0711 所示。

從以上分析可以看出：

1. 加了電容濾波之后，輸出電壓的直流成分提高了，而脈動成分降低了。這都是由于電容的儲能作用造成的。電容在二極管導(dǎo)通時充電（儲能），截止時放電（將能量釋放給負載），不但使輸出電壓的平均值增大，而且使其變得比較平滑了。

2．電容的放電時間常數(shù)（τ＝RLC）愈大，放電愈慢，輸出電壓愈高，脈動成分也愈少，即濾波效果愈好。故一般C取值較大，RL也要求較大。實際中常按下式來選取C的值：

RLC≥（3～5＞T（半波） GS0714

RLC≥（3～5）T／2（全波、橋式） GS0715

3．電容濾波電路中整流二極管的導(dǎo)電時間縮短了，即導(dǎo)通角小于180°。而且，放電時間常數(shù)越大，導(dǎo)通角越小。因此，整流二極管流過的是一個很大的沖擊電流，對管子的壽命不利，選擇二極管時，必須留有較大余量。

4. 電容濾波電路的外特性（指UL與IL之間的關(guān)系）和脈動特性（指S與IL 之間的關(guān)系）比較差，如圖Z0712 所示。可以看出輸出電壓UL和脈動系數(shù)S隨著輸出電流IL 的變化而變化。當(dāng)IL＝0（即RL= ∞ ）時，UL = U2（電容充電到最大值后不再放電），S = 0。

當(dāng)IL增大（即RL減小）時，由于電容放電程度加快而使UL下降，UL 的變化范圍在 U2 ～0.9 U2之間（指全波或橋式），S變大。所以，電容濾波一般適用于負載電流變化不大的場合。

5．電容濾波電路輸出電壓的佑算。如果電容濾波電路的放電時間常數(shù)按式GS0714或GS0715 取值的話，則輸出電壓分別為：

UL＝（0.9～1.0）U2 （半波） GS0716

UL＝（1.1～1.2）U2 （全波） GS0717

電容濾波電路結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、應(yīng)用較廣。