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[導(dǎo)讀]濾波電容是指安裝在整流電路兩端用以降低交流脈動波紋系數(shù)提升高效平滑直流輸出的一種儲能器件。由于濾波電路要求儲能電容有較大電容量。

電容是兩個彼此靠近又相互絕緣的導(dǎo)體。

常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。電容濾波為無源濾波。

濾波電容是指安裝在整流電路兩端用以降低交流脈動波紋系數(shù)提升高效平滑直流輸出的一種儲能器件。由于濾波電路要求儲能電容有較大電容量。所以,絕大多數(shù)濾波電路使用電解電容。電解電容由于其使用電解質(zhì)作為電極(負(fù)極)而得名。

如下圖所示為電容濾波電路,濾波電容容量大,因此一般采用電解電容,在接線時要注意電解電容的正、負(fù)極。電容濾波電路利用電容的充、放電作用,使輸出電壓趨于平滑。

★當(dāng)u2為正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓uC時,二極管D1和D3管導(dǎo)通,D2和D4管截止,電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻RL,另一路對電容C充電。當(dāng)uC》u2,導(dǎo)致D1和D3管反向偏置而截止,電容通過負(fù)載電阻RL放電,uC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。


電容濾波的工作原理

電容濾波的工作原理

★當(dāng)u2為負(fù)半周幅值變化到恰好大于uC時,D2和D4因加正向電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài),u2再次對C充電,uC上升到u2的峰值后又開始下降;下降到一定數(shù)值時D2和D4變?yōu)榻刂?,C對RL放電,uC按指數(shù)規(guī)律下降;放電到一定數(shù)值時D1和D3變?yōu)閷?dǎo)通,重復(fù)上述過程。


電容濾波的工作原理

電容濾波的工作原理

電容充電時間常數(shù)為rDC,因為二極管的rD很小,所以充電時間常數(shù)小,充電速度快;

RLC為放電時間常數(shù),因為RL較大,放電時間常數(shù)遠(yuǎn)大于充電時間常數(shù),因此,濾波效果取決于放電時間常數(shù)。

電容C愈大,負(fù)載電阻RL愈大,濾波后輸出電壓愈平滑,并且其平均值愈大,如圖所示。

整流電路是將交流電變成直流電的一種電路,但其輸出的直流電的脈動成分較大,而一般電子設(shè)備所需直流電源的脈動系數(shù)要求小于0.01.故整流輸出的電壓必須采取一定的措施。盡量降低輸出電壓中的脈動成分,同時要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,這樣的電路就是直流電源中的濾波電路。

常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。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、LCπ型濾波和RCπ型濾等)有源濾波的主要形式是有源RC濾波,也被稱作電子濾波器。

直流電中的脈動成分的大小用脈動系數(shù)來表示,此值越大,則濾波器的濾波效果越差。

脈動系數(shù)(S)=輸出電壓交流分量的基波最大值/輸出電壓的直流分量半波整流輸出電壓的脈動系數(shù)為S=1.57,全波整流和橋式整流的輸出電壓的脈動系數(shù)S≈O.67。對于全波和橋式整流電路采用C型濾波電路后,其脈動系數(shù)S=1/(4(RLC/T-1)。(T為整流輸出的直流脈動電壓的周期。)

RC-π型濾波電路,實質(zhì)上是在電容濾波的基礎(chǔ)上再加一級RC濾波電路組成的。如圖1虛線框即為加的一級RC濾波電路。若用S‘表示C1兩端電壓的脈動系數(shù),則輸出電壓兩端的脈動系數(shù)S=(1/ωC2R’)S‘。

由分析可知,在ω值一定的情況下,R愈大,C2愈大,則脈動系數(shù)愈小,也就是濾波效果就越好。而R值增大時,電阻上的直流壓降會增大,這樣就增大了直流電源的內(nèi)部損耗;若增大C2的電容量,又會增大電容器的體積和重量,實現(xiàn)起來也不現(xiàn)實。

為了解決這個矛盾,于是常常采用有源濾波電路,也被稱作電子濾波器。電路如圖2。它是由C1、R、C2組成的π型RC濾波電路與有源器件--晶體管T組成的射極輸出器連接而成的電路。由圖2可知,流過R的電流IR=IE(1+β)=IR(1+β)。流過電阻R的電流僅為負(fù)載電流的1/(1+β)。所以可以采用較大的R,與C2配合以獲得較好的濾波效果,以使C2兩端的電壓的脈動成分減小,輸出電壓和C2兩端的電壓基本相等,因此輸出電壓的脈動成分也得到了削減。

從RL負(fù)載電阻兩端看,基極回路的濾波元件R、C2折合到射極回路,相當(dāng)于R減小了(1+β)倍,而C2增大了(1+β)倍。這樣所需的電容C2只是一般RCπ型濾波器所需電容的1/β,比如晶體管的直流放大系數(shù)β=50,如果用一般RCπ濾波器所需電容容量為1000μF,如采用電子濾波器,那么電容只需要20μF就滿足要求了。采用此電路可以選擇較大的電阻和較小的電容而達(dá)到同樣的濾波效果,因此被廣泛地用于一些小型電子設(shè)備的電源之中。


濾波電容選型中交流脈動波紋系數(shù)的計算
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