电容滤波的工作原理

    从电气工程上所有的元件可以归纳为三类Z基本的元件即电阻电感和电容.电阻的阻值与交流电的频率无关.电感的阻值称为感抗Xl2πfL即与交流电的频率成正比.频率越高感抗越大.电容元件则与电感元件相反它的容抗Xc1/2πfC即与交流电频率反比. 因此电气工程上常利用LC元件对不同频率交流电量的电抗不同对交流电量进行分流称为滤波. 按不同功能滤波器通常分三类:低通高通带通.它们在电气电路及电子电路中都有着广泛的应用.Z简单和Z典型的一个例子就是我们常用的直流稳压电源中整流电路后面接入的电容就是为了减小交流脉动而设置的.它是一个低通滤波器.上面学习的整流电路它们的输出电压都含有较大的脉动成分只在一些特殊的场合使用一般的直流电路都需要较理想的一条直线似的的直流电压这就要平滑脉动的电压使其达到这种措施就是滤波. 滤波器一般由电感或电容以及电阻等元件组成. 电容滤波简单的说滤波是利用电容对特定频率的等效容抗小近似短路来实现的与谐振无关。

    容抗Xc1/ωC1/2πfC滤高频用0.1uF陶瓷电容---它对1MHz信号的等效容抗只有1.6欧姆而对50Hz的工频信号等效容抗有近似32千欧所以只能滤高频而要滤工频2000uF电容的等效容抗才能与0.1uF对1MHz信号的等效容抗相当。利用电容两端电压不能突变只能充放电的特性来达到平滑脉冲的电压的目的. 在正半周D导通时分两个电流:一是电流IL向负载供电二是IC向电容充电如忽略D的压降则在电容上的电压等于U2当U2达到Z大的峰值后开始下降 此时电容C上的电压UC也将由于放电而逐渐下降当U2UC时二极管再导通再次循环下去. 但半波整流滤波的输出的电压还是带有锯齿装的成分现在多用桥式整流滤波电路原理同上. 

    根据上面的分析可知采用电容滤波后有如下特点: 

    1、负载电压中的脉动的成分降低了许多 

    2、负载电压的平均值有所提高。在RL一定时滤波电容越大UL越大。

    设计时可估算 UL1---1.1U2半波UL1.2U2全波桥式整流 滤波电容的确定: 

    RLC3--5T半波整流时RLC3--5T/2全波桥式整流时T为交流电的周期. 220交流电的频率为50HZ即T1/50 教您如何来正确的选择滤波电容滤波电容在开关电源中起着非常重要的作用如何正确选择滤波电容尤其是输出滤波电容的选择则是每个工程技术人员都十分关心的问题。 50Hz工频电路中使用的普通电解电容器其脉动电压频率仅为100Hz充放电时间是毫秒数量级。

    为获得更小的脉动系数所需的电容量高达数十万μF因此普通低频铝电解电容器的目标是以提高电容量为主电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。而开关电源中的输出滤波电解电容器其锯齿波电压频率高达数十kHz甚至是数十MHz这时电容量并不是其主要指标衡量高频铝电解电容优劣的标准是“阻抗-频率”特性要求在开关电源的工作频率内要有较低的等效阻抗同时对于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具有良好的滤波作用。普通的低频电解电容器在10kHz左右便开始呈现感性无法满足开关电源的使用要求。而开关电源专用的高频铝电解电容器有四个端子正极铝片的两端分别引出作为电容器的正极负极铝片的两端也分别引出作为负极。

    电流从四端电容的一个正端流入经过电容内部再从另一个正端流向负载从负载返回的电流也从电容的一个负端流入再从另一个负端流向电源负端。由于四端电容具有良好的高频特性为减小电压的脉动分量以及抑制开关尖峰噪声提供了极为有利的手段。高频铝电解电容器还有多芯的形式即将铝箔分成较短的若干段用多引出片并联连接以减小容抗中的阻抗成份。并且采用低电阻率的材料作为引出端子提高了电容器承受大电流的能力。 电感滤波电路 电感方向性无方向 基本作用滤波、振荡、延迟、陷波等形象说法“通直流阻交流” 细化解说在电子线路中电感线圈对交流有限流作用它与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器、移相电路及谐振电路等变压器可以进行交流耦合、变压、变流和阻抗变换等。由感抗XL2πfL 知电感L越大频率f越高感抗就越大。该电感器两端电压的大小与电感L成正比还与电流变化速度△i/△t成正比这关系也可用下式表示 即ULdI/dt只要电感L足够大即使整流输出电压低到为0电感中仍有正向电流并使负载上保持一定的正向电压。电感线圈也是一个储能元件它以磁的形式储存电能储存的电能大小可用下式表示WL1/2 Li2 。可见线圈电感量越大流过越大储存的电能也就越多。 检查电感好坏方法用电感测量仪测量其电感量用万用表测量其通断理想的电感电阻很小近乎为零。 二电感运用场合 在大电流的情况下由于负载电阻RL很小。若采用电容滤波电路则电容容量势必很大而且整流二极管的冲击电流也非常大在此情况下应采用电感滤波。

    由于电感线圈的电感量要足够大所以一般需要采用有铁心的线圈。 三工作原理 当流过电感的电流变化时电感线圈中产生的感生电动势将阻止电流的变化。当通过电感线圈的电流增大时电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反阻止电流的增加同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中当通过电感线圈的电流减小时自感电动势与电流方向相同阻止电流的减小同时释放出存储的能量以补偿电流的减小。因此经电感滤波后不但负载电流及电压的脉动减小波形变得平滑而且整流二极管的导通角增大。 在电感线圈不变的情况下负载电阻愈小输出电压的交流分量愈小。只有在RLωL时才能获得较好的滤波效果。L愈大滤波效果愈好。

    另外由于滤波电感电动势的作用可以使二极管的导通角接近π减小了二极管的冲击电流平滑了流过二极管的电流从而延长了整流二极管的寿命。 带电感滤波的全波整流电路。滤波元件L串在整流输出与负载RL 之间电感滤波一般不与半波整流搭配。其滤波原理可用电磁感应原理来解释。当电感中通过交变电流时电感两端便产生出一反电势阻碍电流的变化当电流增大时反电势会阻碍电流的增大并将一部分能量以磁场能量储存起来当电流减小时反电势会阻碍电流的减小电感释放出储存的能量。这就大大减小了输出电流的变化使其变得平滑达到了滤波目的。当忽略L的直流电阻时RL上的直流电压UL与不加滤波时负载上的电压相同即UL 0.9U2 GS0718 电感滤波原理也可以用电感对交、直流分量感抗不同使直流顺利通过使交流得受阻的原理来解释。 与电容滤波相比电感滤波有以下特点 1电感滤波的外特性和脉动特性好。UL随L的增大下降不多基本上是平坦的下降是L的直流电阻引起的S随L的增大而减小。 2电感滤波电路整流二极管的导通角 θπ。 3电感滤波输出电压较电容滤波为低。故一般电感滤波适用于输出电压不高输出电流较大及负载变化较大的场合。