π型濾波電路

1、四種型RC濾波電路   數(shù)字電源 模擬電源阻抗公式： Z=R+i(L-1/C) =2f R-電阻 L-感抗 1/C-容抗 1典型型RC濾波電路    圖7-27所示是典型的型RC濾波電路。電路中的C1、C2是兩只濾波電容，R1是濾波電阻，C1、R1和C2構(gòu)成一節(jié)型RC濾波電路。由于這種濾波電路的形式如同字母且采用了電阻、電容，所以稱為型RC濾波電路。ADP3211AMNG(集成電路IC)從電路中可以看出，型RC濾波電路接在整流電路的輸出端。    這一電路的濾波原理是：從整流電路輸出的電壓首先經(jīng)過C1的濾

2、波，將大部分的交流成分濾除，見圖中的交流電流示意圖。                             經(jīng)過C1濾波后的電壓，再加到由R1和C2構(gòu)成的濾波電路中，電容C2進(jìn)一步對(duì)交流成分進(jìn)行濾波，有少量的交流電流通過C2到達(dá)地線，見圖中的電流所示。      &#

3、160;                這一濾波電路中共有兩個(gè)直流電壓輸出端，分別輸出U01、U02兩個(gè)直流電壓。其中，U01只經(jīng)過電容C1濾波；U02則經(jīng)過了C1、R1和C2電路的濾波，所以濾波效果更好，直流輸出電壓U02中的交流成分更小。    上述兩個(gè)直流輸出電壓的大小是不同的，U01電壓最高，一般這一電壓直接加到功率放大器電路，或加到需要直流工作電壓最高、工作電流最大的電路中，這是因?yàn)檫@一路直流輸出電壓沒有經(jīng)過濾波電阻，能夠輸出

4、最大的直流電壓和直流電流；直流輸出電壓U02稍低，這是因?yàn)殡娮鑂1對(duì)直流電壓存在電壓降，同時(shí)由于濾波電阻R1的存在，這一濾波電路輸出的直流電流大小也受到了一定的限制。    2多節(jié)型RC濾波電路    關(guān)于實(shí)用的濾波電路中通常都是多節(jié)的，即有幾節(jié)型RC濾波電路組成，各節(jié)型RC濾波電路之間可以是串聯(lián)連接，也可以是并聯(lián)連接。多節(jié)型RC濾波電路也是由濾波電容和濾波電阻構(gòu)成。    圖7-29所示是多節(jié)型RC濾波電路。電路中，C1、C2、C3是三只濾波電容，其中C1是第一節(jié)的濾波電容，C3是最后一節(jié)的濾波電容。R

5、1 和R2是濾波電阻。                            這一濾波電路的工作原理與上面的型RC濾波電路基本相同，這里再說(shuō)明下列幾點(diǎn)。    3多節(jié)型RC濾波串、并聯(lián)電路   LC濾波電路      LC濾波器也

6、稱為無(wú)源濾波器，是傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置。LC濾波器之所以稱為無(wú)源濾波器，顧名思義，就是該裝置不需要額外提供電源。LC濾波器一般是由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成，與諧波源并聯(lián)，除起濾波作用，還兼顧無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰?#160;    無(wú)源濾波器，又稱LC濾波器，是利用電感、電容和電阻的組合設(shè)計(jì)構(gòu)成的濾波電路，可濾除某一次或多次諧波，最普通易于采用的無(wú)源濾波器結(jié)構(gòu)是將電感與電容串聯(lián)，可對(duì)主要次諧波（3、5、7）構(gòu)成低阻抗旁路；單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、高通濾波器都屬于無(wú)源濾波器。     LC濾波器的

7、適用場(chǎng)合 無(wú)源LC電路不易集成，通常電源中整流后的濾波電路均采用無(wú)源電路，且在大電流負(fù)載時(shí)應(yīng)采用LC電路。     有源濾波器適用場(chǎng)合  有源濾波器電路不適于高壓大電流的負(fù)載，只適用于信號(hào)處理，濾波是信號(hào)處理中的一個(gè)重要概念。濾波分經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。  經(jīng)典濾波的概念，是根據(jù)富立葉分析和變換提出的一個(gè)工程概念。根據(jù)高等數(shù)學(xué)理論，任何一個(gè)滿足一定條件的信號(hào)，都可以被看成是由無(wú)限個(gè)正弦波疊加而成。換句話說(shuō)，就是工程信號(hào)是不同頻率的正弦波線性疊加而成的，組成信號(hào)的不同頻率的正弦波叫做信號(hào)的頻率成分或叫做諧波成

8、分。只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)成分正常通過，而阻止另一部分頻率成分通過的電路，叫做經(jīng)典濾波器或?yàn)V波電路   電容濾波電路、電感濾波電路作用原理 整流電路的輸出電壓不是純粹的直流，從示波器觀察整流電路的輸出，與直流相差很大，波形中含有較大的脈動(dòng)成分，稱為紋波。為獲得比較理想的直流電壓，需要利用具有儲(chǔ)能作用的電抗性元件（如電容C、電感L）組成的濾波電路來(lái)濾除整流電路輸出電壓中的脈動(dòng)成分以獲得直流電壓。  常用的濾波電路有無(wú)源濾波和有源濾波兩大類。無(wú)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、LC 型濾波和RC 型濾波等)。有源濾波的

9、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(dòng)成分的大小用脈動(dòng)系數(shù)S來(lái)表示，此值越大，則濾波器的濾波效果越差。   脈動(dòng)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(dòng)系數(shù)為S=1.57全波整流和橋式整流的輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)SO.67對(duì)于全波和橋式整流電路采用C型濾波電路后，其脈動(dòng)系數(shù)S=1(4(RLCT-1)。(T為整流輸出的直流脈動(dòng)電壓的周期。) 電阻濾波電路 RC-型濾波電路，實(shí)質(zhì)上是在電容濾波的基礎(chǔ)上再加一級(jí)RC濾波電路組成的。如圖1(B)RC濾波電路。若用S表示C1兩端電壓的脈動(dòng)

10、系數(shù)，則輸出電壓兩端的脈動(dòng)系數(shù)S=(1/C2R)S。     由分析可知，電阻R的作用是將殘余的紋波電壓降落在電阻兩端，最后由C2再旁路掉。在值一定的情況下，R愈大，C2愈大，則脈動(dòng)系數(shù)愈小，也就是濾波效果就越好。而R值增大時(shí)，電阻上的直流壓降會(huì)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(huì)增大電容器的體積和重量，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也不現(xiàn)實(shí)。這種電路一般用于負(fù)載電流比較小的場(chǎng)合.  電感濾波電路          根據(jù)電抗性元件對(duì)交、直流阻

11、抗的不同，由電容C及電感L所組成的濾波電路的基本形式如圖1所示。因?yàn)殡娙萜鰿對(duì)直流開路，對(duì)交流阻抗小，所以C并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大，因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。                                    

12、;                 圖1 無(wú)源濾波電路的基本形式  并聯(lián)的電容器C在輸入電壓升高時(shí)，給電容器充電，可把部分能量存儲(chǔ)在電容器中。而當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，電容兩端電壓以指數(shù)規(guī)律放電，就可以把存儲(chǔ)的能量釋放出來(lái)。經(jīng)過濾波電路向負(fù)載放電，負(fù)載上得到的輸出電壓就比較平滑，起到了平波作用。若采用電感濾波，當(dāng)輸入電壓增高時(shí)，與負(fù)載串聯(lián)的電感L中的電流增加，因此電感L將存儲(chǔ)部分磁場(chǎng)能量，當(dāng)電流減小時(shí)，又將能量釋放出來(lái)，使

13、負(fù)載電流變得平滑，因此，電感L也有平波作用。 利用儲(chǔ)能元件電感器L的電流不能突變的特點(diǎn)，在整流電路的負(fù)載回路中串聯(lián)一個(gè)電感，使輸出電流波形較為平滑。因?yàn)殡姼袑?duì)直流的阻抗小，交流的阻抗大，因此能夠得到較好的濾波效果而直流損失小。電感濾波缺點(diǎn)是體積大,成本高.  橋式整流電感濾波電路如圖2所示。電感濾波的波形圖如圖3所示。根據(jù)電感的特點(diǎn)，當(dāng)輸出電流發(fā)生變化時(shí)，L中將感應(yīng)出一個(gè)反電勢(shì)，使整流管的導(dǎo)電角增大，其方向?qū)⒆柚闺娏靼l(fā)生變化。  在橋式整流電路中，當(dāng)u2正半周時(shí)，D1、D3導(dǎo)電，電感中的電流將滯后u2不到90°。當(dāng)u2超過90

14、6;后開始下降，電感上的反電勢(shì)有助于D1、D3繼續(xù)導(dǎo)電。當(dāng)u2處于負(fù)半周時(shí)，D2、D4導(dǎo)電，變壓器副邊電壓全部加到D1、D3兩端，致使D1、D3反偏而截止，此時(shí)，電感中的電流將經(jīng)由D2、D4提供。由于橋式電路的對(duì)稱性和電感中電流的連續(xù)性，四個(gè)二極管D1、D3；D2、D4的導(dǎo)電角都是180°，這一點(diǎn)與電容濾波電路不同。  已知橋式整流電路二極管的導(dǎo)通角是180°，整流輸出電壓是半個(gè)半個(gè)正弦波，其平均值約為。電感濾波電路，二極管的導(dǎo)通角也是180°，當(dāng)忽略電感器L的電阻時(shí)，負(fù)載上輸出的電壓平均值也是。如果考慮濾波電感的直流電阻R，則電感濾波電路輸出的電壓平均

15、值為    U 0(AV) =                          要注意電感濾波電路的電流必須要足夠大，即RL不能太大，應(yīng)滿足 L>>RL，此時(shí)IO（AV）用下式計(jì)算  I 0(AV)=由于電感的直流電阻小，交流阻抗很大，因此直流分量經(jīng)過電感后的損失很小，但是對(duì)于交流分量，在L和上分壓后，很

16、大一部分交流分量降落在電感上，因而降低了輸出電壓中的脈動(dòng)成分。電感L愈大，RL愈小，則濾波效果愈好，所以電感濾波適用于負(fù)載電流比較大且變化比較大的場(chǎng)合。采用電感濾波以后，延長(zhǎng)了整流管的導(dǎo)電角，從而避免了過大的沖擊電流。電容濾波原理詳解1 空載時(shí)的情況  當(dāng)電路采用電容濾波，輸出端空載，如圖4(a)所示，設(shè)初始時(shí)電容電壓UC為零。接入電源后，當(dāng)u2在正半周時(shí)，通過D1、D3向電容器C充電；在u2的負(fù)半周時(shí)，通過D2、D4向電容器C充電，充電時(shí)間常數(shù)為  TC=RintC          

17、;    式中包括變壓器副邊繞組的直流電阻和二極管的正向?qū)娮?。由于一般很小，電容器很快就充到交流電壓u2的最大值，如波形圖2（b） 的時(shí)刻。此后，u2開始下降，由于電路輸出端沒接負(fù)載，電容器沒有放電回路，所以電容電壓值uC不變，此時(shí)，uCu2，二極管兩端承受反向電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)，電路的輸出電壓u0 =uc=u2 ,電路輸出維持一個(gè)恒定值。實(shí)際上電路總要帶一定的負(fù)載，有負(fù)載的情況如下。2 帶載時(shí)的情況  圖5給出了電容濾波電路在帶電阻負(fù)載后的工作情況。接通交流電源后，二極管導(dǎo)通，整流電源同時(shí)向電容充電和向負(fù)載提供電流,輸出電壓的波形是正弦形

18、。在 時(shí)刻，即達(dá)到u2 90°峰值時(shí)，u2開始以正弦規(guī)律下降，此時(shí)二極管是否關(guān)斷，取決于二極管承受的是正向電壓還是反向電壓。  先設(shè)達(dá)90°后，二極管關(guān)斷，那么只有濾波電容以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載放電，從而維持一定的負(fù)載電流。但是90°后指數(shù)規(guī)律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，所以超過90°以后有一段時(shí)間二極管仍然承受正向電壓，二極管導(dǎo)通。隨著u2的下降，正弦波的下降速率越來(lái)越快，u C 的下降速率越來(lái)越慢。所以在超過90°后的某一點(diǎn)，例如圖5(b)中的t2時(shí)刻，二極管開始承受反向電壓，二極管關(guān)斷。此后只有電

19、容器C向負(fù)載以指數(shù)規(guī)律放電的形式提供電流，直至下一個(gè)半周的正弦波來(lái)到，u2再次超過u C，如圖5(b)中的t3時(shí)刻，二極管重又導(dǎo)電。 以上過程電容器的放電時(shí)間常數(shù)為    Td=RLC    電容濾波一般負(fù)載電流較小，可以滿足td較大的條件，所以輸出電壓波形的放電段比較平緩，紋波較小，輸出脈動(dòng)系數(shù)S小，輸出平均電壓UO(AV)大，具有較好的濾波特性。        以上濾波電路都有一個(gè)共性,那就是需要很大的電容容量才能滿足要求,這樣一來(lái)大容量電容在加電瞬間很有很大的短路電流,這個(gè)電流對(duì)整流二極管,變壓器沖擊很大,所以現(xiàn)在一般的做法是在整流前加一的 功率型NTC熱敏電阻來(lái)維持平衡,因N