电容滤波电路的设计与计算

一、电容滤波电路（一）电路组成及工作原理在整流电路输出端与负载之间并联一只大容量的电容，如图7-4a，即可构成最简单的电容滤波器。其工作原理是利用电容两端的电压在电路状态改变时不能跃变的特性。组成及工作原理uoωtOOωtiDt1t2t3t4t5t6baCVD1~VD4Tru1u2abRLuouC图7-4电容滤波原理及波形图a.原理图b.波形图原理加了一只电容后，二极管导通时，一方面给负载RL供电，一方面对电容C充电。在忽略二极管正向压降后，充电时，充电时间常数τ充电=2RDC，其中RD为二极管的正向导通电阻，其值非常小，充电电压uC与上升的正弦电压u2一致，uo=uC≈u2，当uC充到u2的最大值时，u2开始下降，且下降速率逐渐加快。当|u2|＜uC时，四个二极管均截止，电容C经负载RL放电，放电时间常数为τ放电=RLC，故放电较慢，直到负半周。原理在负半周，当|u2|＞uC时，另外二个二极管(VD2、VD4)导通，再次给电容C充电，当uC充到u2的最大值时，u2开始下降，且下降速率逐渐加快。当|u2|＜uC时，四个二极管再次截止，电容C经负载RL放电，重复上述过程。有电容滤波后，负载两端输出电压波形如图7-4b所示。（二）负载上电压的计算由上述讨论可见，电容放电时间常数为τ放电=RLC，即输出电压的大小和脉动程度与负载电阻直接相关。若RL开路，即输出电流为零，电容C无放电通路，一直保持最大充电电压；若RL很小，放电时间常数很小，输出电压几乎与没有滤波时一样。计算公式因此，电容滤波电路的输出电压在0.9U2~范围内波动，在工程上一般采用估算公式（半波）（桥式、全波）2)1.1~1(UUO22.1UUO（三）元件选择1.电容选择滤波电容C的大小取决于放电回路的时间常数，RLC愈大，输出电压脉动就愈小，通常取RLC为脉动电压中最低次谐波周期的倍，即（桥式、全波）（半波）2)5~3(TCRLTCRL)5~3(元件选择2.整流二极管的选择正向平均电流为（半波）（桥式）ODIIODII21（四）电容滤波的特点电容滤波电路结构简单、输出电压高、脉动小。但在接通电源的瞬间，将产生很大的充电电流，这种电流称为“浪涌电流”，同时，因负载电流太大，电容器放电的速度加快，会使负载电压变得不够平稳，所以电容滤波电路只使用于负载电流较小的场合。二、л型RC复式滤波电路由上述讨论可知，当RL比较小时，即使滤波电容容量很大，脉动系数仍比较大。为进一步减小脉动系数，通常采用如图7-5所示的л型RC滤波电路。图7-5π型RC滤波电路Tru1u2C1RLuoC2R滤波电路л型滤波电路可看成是一节电容滤波电路和一节Γ型RC滤波电路的串联。整流输出电压先经电容C1，滤除了交流成分后，已经比较平滑，再经一节R和组成的分压器，可进一步降低输出端纹波电压。