电容在电路设计时的选取、计算以及作用

滤波电容容量选择、桥式整流、全波整流1、滤波电容的容量和耐压怎么选择?例如将AC220V变为9V再经全波整流后，接的滤波电容容量怎么选？再经7805后需要接的滤波电容容量又为多大？解：AC220V经变压器变压后为AC9V，如采用全波整流其直流峰值为2*9*1.41倍约25.38V，理论上滤波电容耐压不小于25.38V，考虑到AC220V，在正常情况下在198~242V之间变化的，滤波电容通常选用耐压32V，若采用桥式整流，其直流峰值为9*1.41倍约12.69V，理论上滤波电容耐压不小于12.69V，选用耐压16V即可。经7805后的电容耐压只要大于5V即可。容量大小，主要是要考滤纹波系数大小、负载电流、电源高频干扰及其他因素来定，通常理论计算较复杂。用7805作稳压模块，全波整流后用电解电容4700uF作低频滤波，同时并联一个104的瓷片电容作高频滤波，7805后只需有电解电容容量200uF。即可达到很好的效果。如果要求不高整流后的滤波电容用1000uF也能满足要求。当电机驱动器设计为使用AC交流电供电时，所设计的电路需先对AC电源整流、再滤波，从而产生直流电源，供电机驱动电路使用。电路中滤波电容的选型需要考虑几个方面：电容耐压、工作温度、容量等。输入滤波电容容量的选择和驱动器的驱动电压、最大功率有直接关系，需要作一些计算得到，如果此电容容量过少，驱动器表现为驱动力不足；而容量过大，则增加制造成本。工程应用中，有这样的一个经验法则：滤波电容容量数值等于驱动功率数值。但需要注意，这只是针对单相220V交流电全波整流的驱动应用，不能断章取义。下面通过简单的计算推导，介绍容量计算的过程，只作为参考，以文档是广州锋驰运控（）的工程笔记整理所得，如发现错误请联系我们：E-mail:[e-mail]。首先，从电容、电阻的RC时间常数τ说起：τ越大，则R两端的电压越平稳，对于脉动电源，则其纹波电压越少。在工程上，当RC时间常数满足以下条件时，可以满足纹波要求：T为脉动电源的周期，对于50Hz市电经全波整流后的周期T为：10mS。故由上两式可以得；R为等效负载电阻；C为滤波电容容量。下图为电路示意图：所以，只要得到电机驱动器的等效负载电阻，即可算出滤波电容所需的容量大小。U为电机驱动器输入电压，单位为（V）；P为电机驱动器功率，单位为（W）；RL为电机驱动器等效负载电阻，单位为Ω。结合以上各式：用频率f替代周期T，可得到滤波电容容量的计算公式如下：P为电机驱动器额定输出功率，单位为（W），如P=750W；U为电机驱动器额定输入交流电压有效值，单位为（V），如国内市电U=220V（AC）；f为经过整流后脉动电源的频率，单位为（Hz），如单相电经全波整流后，f=100Hz；C为驱动器输入滤波电容容量，单位为（F）。举例假设我们设计的驱动器使用市电单相电供电，且电路设计为全波整流，可得：U＝220V；f=100Hz代入计算公式：得故输入滤波电容容量数值大小（单位uF）约等于驱动器的额定功率数值大小（单位W）。即如果驱动器要求的功率为2.2KW，则滤波电容容量取值为2200uF。同样地，如果驱动器输入电压为110VAC，则滤波电容容量C应为：即如果你的驱动器要求的功率为300W，则滤波电容容量取值为1200uF。三相电因为单相电经全波整流后的电源脉动频率为100Hz；而三相电经全波整流后，其脉动频率为300Hz。所以，使用三相电源供电时，驱动器的输入滤波电容容量可以比单相电时减少三倍，故中、大功率电机驱动器使用三相电供电，可以减少输入滤波电容的容量，从而可以减小电容的体积，节约空间。电网波动通常地，设计希望电机驱动器可以在电网电压的一定波动范围内（如±15%）正常工作，且能全功率输出。这时计算滤波电容容量时，电压则不是额定电压，而是驱动器工作的最低电压。如(220V±15%)的驱动器，计算时用220V，而是（1+15%）*220V，为187V。另外，为了使你设计的驱动器能够在电网电压波动内可靠工作，除了计算容量，还要考虑电容的耐压值。全波整流：全波整流电路（变压器次级带中心抽头的）：全波整流是一种对交流整流的电路。在这种整流电路中,在半个周期内,电流流过一个整流器件(比如晶体二极管),而在另一个半周内,电流流经第二个整流器件,并且两个整流器件的连接能使流经它们的电流以同一方向流过负载。变压器在220V那边的绕组是原边绕组，也叫一次绕组、初级绕组。变压器右边的电压E2a、E2b所在的绕组就是副边绕组，也叫二次绕组、次级绕组。副边绕组上的电压叫做副边电压，E2a、E2b分别是两个副边绕组上的电压。作为全波整流电路，E2a、E2b电压大小应该是相等的。当E2a0,E2b0时，副边电压E2b电压实际方向上正下负，二极管D2阳极接在E2b电压的实际负极，所以D2承受反向电压，所以D2截止。副边电压E2a实际电压方向上正下负，可以使二极管D1导通，不考虑二极管的正向导通压降，则Usc=E2a0。设Usc的参考方向为上正下负。当E2a0,E2b0时，副边电压E2a电压实际方向上负下正，二极管D1阳极接在电压E2a的实际负极，所以D1承受反向电压，所以D1截止。副边电压E2b实际电压方向上负下正，可以使二极管D2导通，不考虑二极管的正向导通压降，则Usc=-E2b=-E2ba0。设Usc的参考方向为上正下负。当E2ba为正时，Usc=E2a；E2ba为负时，Usc=-E2ba。所以负载Rfz上电压Usc为副边电压E2ba的绝对值，为正，整个周期都是电压都是正的。桥式整流电路原理;-电感滤波原理;-电容滤波原理桥式整流电路原理桥式整流电路如图1所示，图中B为电源变压器，它的作用是将交流电网电压e1变成整流电路要求的交流电压e2，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。图１桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。在e2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图1（a）中虚线箭头表示。在e2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。其电流通路如图1（b）中虚线箭头所示。综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。图２根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图2。由图可见，通过负载RL的电流iL以及电压uL的波形都是单方向的全波脉动波形。桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。桥式整流电路电感滤波原理电感滤波电路利用电感器两端的电流不能突变的特点，把电感器与负载串联起来，以达到使输出电流平滑的目的。从能量的观点看，当电源提供的电流增大（由电源电压增加引起）时，电感器L把能量存储起来；而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流平滑，所以电感L有平波作用。桥式整流电路电感滤波优点：整流二极管的导电角大，峰值电流小，输出特性较平坦。桥式整流电路电感滤波缺点：存在铁心，笨重、体积大，易引起电磁干扰，一般只适应于低电压、大电流的场合。例1桥式整流器滤波电路如图所示，已知V1是220V交流电源，频率为50Hz，要求直流电压VL=30V，负载电流IL=50mA。试求电源变压器副边电压V2的有效值，选择整流二极管及滤波电容。桥式整流电容滤波原理电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。当u2为正半周并且数值大于电容两端电压uC时，二极管D1和D3管导通，D2和D4管截止，电流一路流经负载电阻RL，另一路对电容C充电。当uCu2，导致D1和D3管反向偏置而截止，电容通过负载电阻RL放电，uC按指数规律缓慢下降。当u2为负半周幅值变化到恰好大于uC时，D2和D4因加正向电压变为导通状态，u2再次对C充电，uC上升到u2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时D2和D4变为截止，C对RL放电，uC按指数规律下降；放电到一定数值时D1和D3变为导通，重复上述过程。RL、C对充放电的影响电容充电时间常数为rDC，因为二极管的rD很小，所以充电时间常数小，充电速度快；RLC为放电时间常数，因为RL较大，放电时间常数远大于充电时间常数，因此，滤波效果取决于放电时间常数。电容C愈大，负载电阻RL愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大。2、用一5V直流电源给电路供电，为什么要在这个电源上加三电容接地？（1）C72,C74,是高频电容，主要适用于高频滤波和退偶。就是滤除线路中的高频分量，和为线路的高频工作来提高电源特性。C73，是低频电容，主要用于降低电源内阻，改善电源带动负载的能力，滤除低频干扰等。（2）C73用于给电源提供ripplecurrent（脉冲电流）,也可以理解为滤除低频干扰,他也可给你的电路提供一定时间的断电延时。另外两个一般来说只要用1个即可,用于滤除高频干扰,应放在离电源芯片近的地方。