電子技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目化教程課件 項(xiàng)目三 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 3.2.3 濾波電路

3.2相關(guān)知識(shí)3.2.3濾波電路總目錄下頁

整流電路輸出的電壓是脈動(dòng)的，含有較大的脈動(dòng)成分。這種電壓只能用于對(duì)輸出電壓平滑程度要求不高的電子設(shè)備中，當(dāng)這種電路用作要求較高的電子設(shè)備的電源時(shí)，會(huì)引起嚴(yán)重的諧波干擾。為此，整流電路中一般都要連接濾波電路，以保留整流后輸出電壓的直流成分，濾掉脈動(dòng)成分，使輸出電壓趨于平滑，接近于理想的直流電壓。常用的濾波電路有電容濾波電路、電感濾波和RC-π型濾波電路等。3.2.3濾波電路下頁上頁首頁1.電容濾波電路

（1）半波整流電容濾波電路

半波整流電容濾波電路如圖3－6（a）所示。下頁上頁首頁圖3－6

半波整流濾波電路

1）工作原理

設(shè)濾波電容初始電壓值為零。0～t1期間：u2由零逐漸上升，二極管VD正偏而導(dǎo)通，電流分成兩路，一路流經(jīng)負(fù)載RL，另一路對(duì)電容進(jìn)行充電。電容器兩端電壓uC快速上升。二極管的陽極電位是隨u2變化的，而陰極電位是隨uC變化的，因此二極管零偏而截止。在t1時(shí)刻uC達(dá)到u2的峰值

U2，即u2=uC=U2。下頁上頁首頁

t1～t2期間：二極管陽極電位隨輸入電壓u2迅速下降，導(dǎo)致二極管在一段時(shí)間內(nèi)處于截止?fàn)顟B(tài)，以后輸入電壓自負(fù)半周向正半周上升。電容C開始向負(fù)載RL放電，放電過程緩慢，uC也緩慢下降，u0也緩慢下降。下頁上頁首頁

t2～t3期間：二極管陽極電位u2開始大于陰極電位uC，VD又開始導(dǎo)通，并向電容C迅速充電。uo波形按圖3－6（c）中B～C段變化，到t3時(shí)刻，uC=u2，二極管又截止，使得電容C又對(duì)負(fù)載RL放電。

綜上所述，畫出的輸出電壓uo亦即電容C上電壓uC波形如圖3－6（c）所示，在0～t1期間，uo的波形為0A段，近似按輸入電壓上升；t1～t2期間，uo波形自A向B緩慢下降；t2～t3期間，uo波形又開始按輸入電壓迅速上升，如此不斷重復(fù)，使uo趨于平滑。下頁上頁首頁2）主要參數(shù)

半波整流電容濾波電路輸出直流電壓平均值為：

UO(AV)=（1～1.1）U2

一般取UO(AV)=U2

流過二極管的平均電流為：

ID(AV)≈U2/RL

下頁上頁首頁3）二極管選擇

在二極管截止時(shí)，變壓器二次繞組電壓瞬時(shí)極性為上端a為負(fù)，下端b為正，此時(shí)電容器電壓充至

U2，極性為上正下負(fù)，因此二極管承受的最大反向電壓為兩電壓之和，為此選二極管時(shí)

URM≥UDM=2U2

濾波電路中，二極管的導(dǎo)通時(shí)間比不加濾波電容時(shí)短，導(dǎo)通角小于π，流過二極管的瞬時(shí)電流很大，且濾波電容越大，導(dǎo)通角越小，沖擊電流就越大。在選用二極管時(shí)，應(yīng)考慮沖擊電流對(duì)二極管的影響，一般選

IF=（2～3）ID。

下頁上頁首頁

（2）單相橋式整流電容濾波電路

單相橋式整流電容濾波電路如圖3－7(a)所示。下頁上頁首頁圖3－7單相橋式整流電容濾波電路

1）工作原理

橋式整流濾波電路與半波整流濾波電路的工作原理基本相同，不同的是輸出電壓是全波脈動(dòng)直流電，無論u2是正半周還是負(fù)半周，電路中總有二極管導(dǎo)通，在一個(gè)周期內(nèi)，u2對(duì)電容充電二次，電容對(duì)負(fù)載放電的時(shí)間大大縮短，輸出電壓波形更加平滑，波形如圖3－7(b)所示。圖中虛線為不接濾波電容時(shí)的波形，實(shí)線為濾波后的波形。

2）主要參數(shù)

橋式整流電容濾波電路輸出直流電壓平均值為

UO(AV)≈1.2U2

若負(fù)載電阻開路，UO=U2。下頁上頁首頁

3）濾波電容選擇

濾波電容按下式選取

τ=RLC≥(3～5)T/2

式中，T是交流電的周期。

濾波電容數(shù)值一般在幾十微到幾千微法，視負(fù)載電流大小而定，其耐壓值應(yīng)大于輸出電壓值，一般取1.5倍左右，且通常采用有極性的電解電容。在濾波電容裝接過程中，切不可將電解電容極性接反，以免損壞電解電容或電容器發(fā)生爆炸。

電容濾波電路簡(jiǎn)單，輸出電壓Uo較高，脈動(dòng)較小。但外特性差，適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。下頁上頁首頁

例3-2在單相橋式整流電容濾波電路中，已知交流電源的頻率f=50Hz，要求輸出直流電壓為30V，輸出電流為0.3A。試求：①變壓器副邊電壓有效值；②選擇整流二極管；③選擇濾波電容。

解：①變壓器副邊電壓有效值為：

U2=UO/1.2=30/1.2=25V

②流過二極管電流的平均值為：ID=IO/2=0.3/2=0.15A

二極管承受的最大反向電壓為：URM=U2=25V=35.4V

可以選擇4只2CP21二極管，其最大整流平均電流為0.3A，最高反向工作電壓為100V。下頁上頁首頁

③選擇濾波電容

取

濾波電容所承受的最高電壓為：

可選擇500μF/50V的電解電容器。下頁上頁首頁2.電感電容濾波

電感濾波電路是利用電感的隔交通直作用來實(shí)現(xiàn)濾波作用的。由于電感對(duì)交流呈現(xiàn)一定的阻抗，整流后所得到的單向脈動(dòng)直流電中的交流成分將降落在電感上。感抗越大，降落在電感上的交流成分越多；又由于若忽略電感的電阻，電感對(duì)于直流沒有壓降，所以整流后所得到的單向脈動(dòng)直流電中的直流成分經(jīng)過電感，全部落在負(fù)載電阻上，從而使得負(fù)載電阻上所得到的輸出電壓的脈動(dòng)減小，達(dá)到濾波目的。電感濾波器的工作頻率越高、電感量越大，濾波效果越好。下頁上頁首頁電感電容濾波電路如圖3－8所示。下頁上頁首頁圖3－8

電感電容濾波電路

LC濾波的整流電路適用于電流較大、要求輸出電壓脈動(dòng)很小的場(chǎng)合，尤其適用于高頻整流，如開關(guān)電源電路。對(duì)于電流較大、負(fù)載變化較大，且對(duì)輸出電壓的脈動(dòng)程度要求不太高的場(chǎng)合，也可將電容除去，如晶閘管電路電源。3.RC－π型濾波電路

RC-π型濾波電路如圖3－9所示。它是利用R和C對(duì)輸入回路整流后的電壓的交直流分量的不同分壓作用來實(shí)現(xiàn)濾波作用的。下頁上頁首頁圖3－9

RC－π型濾波電路

電阻R對(duì)交直流分量均有同樣的降壓作用，但是因?yàn)殡娙軨2的交流阻抗很小，這樣電阻R與電容C2及RL配合以后，使交流分量較多地降在電阻R兩端，而較少地降在負(fù)載RL上，從而起到濾波作用。R越大，C2越大，濾波效果越好。但R