整流电路的输出电压不是纯粹的氏流,从示波器观察整流电路的输出,与直流相差很大,波形中含有较大的脉动成分,称为纹波为获得比较理想的氏流电压,需耍利用具有储能作用的电抗性元件(如电容、电感)组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得H流电压常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LC兀型滤波和RC/r型滤波等)有源滤波的主耍形式是有源RC滤波,也被称作电子滤波器H流电中的脉动成分的大小用脉动系数來表示,此值越大,则滤波器的滤波效果越差脉动系数(S)二输出电压交流分量的基波最大值/输出电压的H流分量半波整流输出电压的脉动系数为S=l.57,全波整流和桥式整流的输出电压的脉动系数S=0.67o对丁诠波和桥式整流电路采用C型滤波电路后,其脉动系数S=l/(4(RLC/T-l)o(T为整流输出的直流脉动电压的周期)电阻滤波电路RC兀型滤波电路,实质上是在电容滤波的基础上再加一级RC滤波电路组成的如图1(B)RC滤波电路若用S表示C1两端电压的脉动系数,则输出电压两端的脉动系数S=(l/coC2R)S0由分析可知,电阻R的作用是将残余的纹波电压降落在电阻两端,最后由C2再旁路掉。
在co值一定的情况下,R愈大,C2愈大,则脉动系数愈小,也就是滤波效果就越好而R值增大时,电阻上的H流压降会增大,这样就增大了闫流电源的内部损耗;若增大C2的电容量,乂会增大电容器的体积和重量,实现起來也不现实这种电路一般用于负载电流比较小的场合.电感滤波电路根据电抗性元件对交、H流阻抗的不同,由电容C及电感L所组成的滤波电路的基本形式如图1所示因为电容器C对片•流开路,对交流阻抗小,所以C并联在负载两端电感器L对肖•流阻抗小,对交流阻抗大,因此L应与负载串联A)电容滤波动系数S=(l/coC2R')S‘(B)C-R-C或RC兀型电阻滤波脉(C)L・C电感滤波(D)兀型滤波或叫C-L-C滤波图1无源滤波电路的基本形式并联的电容器C在输入电压升高时,给电容器充电,可把部分能量存储在电容器中而当输入电压降低时,电容两端电压以指数规律放电,就可以把存储的能量释放出来经过滤波电路向负载放电,负载上得到的输出电压就比较平滑,起到了平波作用若采用电感滤波,当输入电压增高时,与负载串联的电感L中的电流增加,因此电感L将存储部分磁场能量,当电流减小时,乂将能量释放出来,使负载电流变得平滑,因此,电感L也有平波作用。
利用储能元件电感器L的电流不能突变的特点,在整流电路的负载回路中串联一个电感,使输出电流波形较为平滑因为电感对H流的阻抗小,交流的阻抗大,因此能够得到较好的滤波效果而氏流损失小电感滤波缺点是体积大,成本高.桥式整流电感滤波电路如图2所示电感滤波的波形图如图2所示根据电感的特点,当输出电流发生变化时,L中将感应出一个反电势,使整流管的导电角增大,其方向将阻止电流发生变化图2电感滤波电路在桥式整流电路中,当U2正半周时,DI、D3导电,电感中的电流将滞后U2不到90当U2超过90后开始下降,电感上的反电势有助T-D1.D3继续导电当U2处丁•负半周时,D2、D4导电,变压器副边电压全部加到D1.3两端,致使DI、D3反偏而截止,此时,电感中的电流将经由D2、D4提供由丁•桥式电路的对称性和电感中电流的连续性,四个二极管DI、D3;D2、D4的导电角8都是180这一点与电容滤波电路不同图3电感滤波电路波形图已知桥式整流电路二极管的导通角是180%整流输出电压是半个半个正弦波,其平均值约为电感滤波电路,二极管的导通角也是180当忽略电感器L的电阻时,负载上输出的电压平均值也是如果考虑滤波电感的氏流电阻R,则电感滤波电路输出的电压平均值为耍注意电感滤波电路的电流必须要足够大,即RL不能太大,应满足wL>>RL,此时IO(AV)可用下式计算由丁•电感的氏流电阻小,交流阻抗很大,因此肖•流分量经过电感后的损火很小,但是对丁•交流分量,在WL和上分压后,很大一部分交流分量降落在电感上,因而降低了输出电压中的脉动成分。
电感L愈大,RL愈小,则滤波效果愈好,所以电感滤波适用丁•负载电流比较大且变化比较大的场合采用电感滤波以后,延长了整流管的导电角,从而避免了过大的冲击电流电容滤波原理详解1. 空载时的情况当电路采用电容滤波,输出端空载,如图4(a)所示,设初始时电容电压UC为零接入电源后,当u2在正半周时,通过DI、D3向电容器C充电;当在U2的负半周时,通过D2、D4向电容器C充电,充电时间常数为(b)波形图图4空载时桥式整流电容滤波电路式中包括变压器副边绕组的氏流电阻和二极管的正向导通电阻由于一般很小,电容器很快就充到交流电压U2的最大值,如波形图2(b)的时刻此后,U2开始下降,由丁•电路输出端没接负载,电容器没有放电回路,所以电容电压值UC不变,此时,uC>u2,二极管两端承受反向电压,处丁•截止状态,电路的输出电压珥“广忑6,电路输出维持一个恒定值实际上电路总要带一定的负载,有负载的情况如下2. 带载时的情况图5给出了电容滤波电路在带电阻负载后的工作情况接通交流电源后,二极管导通,整流电源同时向电容充电和向负载提供电流,输出电压的波形是正弦形在时刻,即达到u290峰值时,U2开始以正弦规律下降,此时二极管是否关断,取决于二极管承受的是正向电压还是反向电压。
先设达到90后,二极管关断,那么只有滤波电容以指数规律向负载放电,从而维持一定的负载电流但是90后指数规律下降的速率快,而正弦波下降的速率小,所以超过90以后有一段时间二极管仍然承受正向电压,二极管导通随着U2的下降,正弦波的下降速率越來越快,UC的下降速率越來越慢所以在超过90后的某一点,例如图5(b)中的t2时刻,二极管开始承受反向电压,二极管关断此后只有电容器C向负载以指数规律放电的形式提供电流,氏至下一个半周的正弦波來到,U2再次超过uC,如图5(b)中的t3时刻,二极管重乂导电以上过程电容器的放电时间常数为电容滤波一般负载电流较小,可以满足td较大的条件,所以输出电压波形的放电段比较平缓,纹波较小,输出脉动系数S小,输出平均电压UO(AV)大,具有较好的滤波特性a)电路图(b)波形图图5带载时桥式整流滤波电路以上滤波电路都有一个共性,那就是需耍很大的电容容量才能满足耍求,这样一來大容量电容在加电瞬间很有很大的短路电流,这个电流对整流二极管,变压器冲击很大,所以现在一般的做法是在整流前加一的功率型NTC热敏电阻來维持平衡,因NTC热敏电阻在常温下电阻很大,加电后随着温度升高,电阻阻值迅速减小,这个电路叫软起动电路。
这种电路缺点是:断电后,在热时间常数内,NTC热敏电阻没有恢复到零功率电阻值,所以不宜频繁的开启为什么整流后加上滤波电容在不带负载时电压为何升高?这是因为加上滤波测得的电压是含有脉动成分的峰值电压,加上负载后就是平均值,计算:峰值电压=1.414x理论输出电压有源滤波电子电路滤波电阻滤波本身有很多矛盾,电感滤波成本乂高,故一般线路常采用有源滤波电路,电路如图6它是由Cl、R、C2组成的兀型RC滤波电路与有源器件晶体管T组成的射极输出器连接而成的电路由图6可知,流过R的电流IR=IE/(l+P)=IRL/(l+p)o流过电阻R的电流仅为负载电流的1/(1+P).所以可以采用较大的R,与C2配合以获得较好的滤波效果,以使C2两端的电压的脉动成分减小,输出电压和C2^端的电压基本相等,因此输出电压的脉动成分也得到了削减从RL负载电阻两端看,基极回路的滤波元件R、C2折合到射极回路,相当于R减小了(1+卩)倍,而C2增大了(1+卩)倍这样所需的电容C2只是一般R6型滤波器所需电容的1/P,比如晶体管的直流放大系数卩=50,如果用一般RCjt型滤波器所需电容容量为lOOOpF,如采用电子滤波器,那么电容只需要20叶就满足耍求了。
采用此电路可以选择较大的电阻和较小的电容而达到同样的滤波无源滤波电路:若滤波电路仅由无源元件(电阻、电容、电感)组成有源滤波电路:若滤波电路不仅由无源元件,还由有源元件(双极型管、单极型管、集成运放)组成有源电路说白点就是元件必须有工作电源支持无源电路中的器件不需耍工作电源支持这里可理解源就是电源无源电路中的信号如果没有外部信号补充最后将衰减为零,有源元件定义为可以给外部电路提供大丁•零的平均功率的元件,而且该平均功率可以持续无限长的时间;反之,则是无源元件这时候可理解源就是有源元件提供的信号源LC滤波主耍是电感的电阻小,H流损耗小.对交流电的感抗大,滤波效果好.缺点是体积大,笨重.成本高.用在要求高的电源电路中.RC滤波中的电阻耍消耗一部分H流电压,R不能取得很大,用在电流小耍求不高的电路中.RC体积小,成本低.滤波效果不如LC电路.滤波电路1、电容滤波电路分析电容滤波电路工作原理时,主耍是用到了电容器的隔虫通交特性和储能特性前而整流电路输出的脉动性H流电压可分解成一个戌流电压和一组频率不同的交流电,交流电压部分就会从电容器流过到地,而冇•流电压部分却因电容器的通交隔虫特性而不能接地才流到下一级电路。
这样电容器就把原单向脉动性氏流电压中的交流部分的滤去掉了另外电容滤波电路也可以用电容储能特性來解释,当单向脉动肖流电压处丁•高峰值时电容就充电,而当处丁•低峰值电压时就放电,这样把高峰值电压存储起來到低峰值电压处再释放把高低不平的单向脉动性氏流电压转换成比较平滑的氏流电压滤波电容的容量通常比较大,并且往往是整机电路中容量最大的一只电容器滤波电容的容量大,滤波效果好电容滤波电路是各种滤波电路中最常用一种2、电感滤波电路电感滤波电路的原理也和电容器滤波差不多,也是因为电感器的通片•阻交特性和储能特性从储能方而來解释的话和电容器是一样的原理,从通虚阻交特性方面來解释电感器的滤波电路时,电感器是把单向脉动性H流电压分解出来的交流电压部分进行阻碍,而电容器却是短路接地电感量越大滤波效果越好,由电感器单独作滤波电路的情况很少,一般会和电容一起组合使用3、L形RC滤波电路L形RC滤波电路就是在普通电容滤波电路中电容器前而加个电阻器,电阻器是串联在电路中,而电容器是并联在电路中,这时电阻器和电容器形成了的L字形状,所以称它们为L形RC滤波电路它的滤波原理和滤波效果都和普通电容滤波电路是差不多,这时电容器和电阻器也构成了分压电路,因为电容的容抗很小,所以对交流分量的分压衰减很大,这样交流量通过电容器短路接地,达到滤波的目的。
对丁〔直流电压部分,由丁•电容器对氏流电呈隔离状态,这时电容器对电阻器没有分压作用,H流不会流过电容器在这种滤波电路中,如果电阻器的阻值不变时,加大滤波电容的容量可以提高滤波效果,滤波电容的容量越大越好如果滤波电容的容量不变,加大电阻器的阻值也可以提高滤波效果,但是滤波电阻的阻值不能太大,因为滤波电阻的阻值太大的话,氏流输出电压就会变小4、兀形RC滤波电路首先从结构上来讲,这种滤波电路是由两个电容器和一个电阻器组成,它实际上就是L形滤波电路中电阻器前面再加个电容器接地就成了兀形RC滤波电路两个电容同时进行滤波作用,后而一个滤波电容可以把前而电容未滤完整的H流电压进一步滤波,这样两个电容同时进行滤波,滤波效果当然是更加理想可以加大第一只滤波电容的容量來提高滤波效果,但第一只滤波电容的容量不能太大,因为刚开机接通电源时,第一只滤波电容容量太大的话充电时间会太长,这一充电电流是流过整流二极管的,当充电电流太大、持续时间太长时,会损坏整流二极管,所以采用这种兀形RC滤波电路时,可以使第一只电容容量略有减少,通过调整后面的L形RC滤波电路來提高滤波效果5、多节兀形RC滤波电路多节兀形RC滤波电路就是任普通兀形RC滤波电路后面再接一个L形RC滤波电路形成多节兀形RC滤波电路。
其滤波原理和上面普通兀形RC滤波电路一样,只是这种滤波电路会有多个H流电压输出端,越是后面的输出端的H流电压滤波效果越好第一个滤波输出端电压最高,最后一个滤波输出端电压最低,这主要是因为各节电阻器都有电压降多节兀形RC滤波电路是整机电路中用得最多一种滤波电路6、兀形LC滤波电路这种滤波电路与普通兀形RC滤波电路在结构上基本上是一样的,只是将电阻器更换成电感器而已因为电阻器对氏流电和交流电存在相同的电阻,而电感器对交流电感抗大,对氏流电感抗小,这样既可以提高交流滤波效果,还不会降低H流输出电压,因为电感器对氏流电不存在感抗,不会像电阻器那样对肖流电也存在电压降电感器的通氏阻交特性是这种滤波电路的最大优点,但是电感器的成本高所以这种滤波电路没有兀形RC滤波电路使用得多。