電源濾波詳細解析

1、整流電路的輸出電壓不是純粹的直流，從示波器觀察整流電路的輸出，與直流相差很大，波形中含有較大的脈動成分，稱為紋波。為獲得比較理想的直流電壓，需要利用具有儲能作用的電抗性元件（如電容、電感）組成的濾波電路來濾除整流電路輸出電壓中的脈動成分以獲得直流電壓。常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。無涯濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復式濾波（包括倒L型、LC濾波、LC型濾波等）。有源濾波的主要形式是有源RC濾波，也被稱作電子濾波器。直流電中的脈動成分的大小用脈動系數(shù)來表示，此值越大，則濾波器的濾波效果越差。脈動系數(shù)（S)輸出電壓交流分量的基波最大值輸出電壓的直流分量半波整流輸出電壓的脈動系數(shù)為

2、S=1.57，全波整流橋式整流的輸出電壓的脈動系數(shù)S0.67。對于全波和格式整流電路采用C型濾波電路后，其脈動系數(shù)S=1/(4(RLC/T-1)。（To整流輸出的直流動電壓的周期。）電阻濾波電路RC-型濾波電路，實質(zhì)上是在電容濾波的基礎(chǔ)上再加一級RC濾波電路組成的。如圖1（B）RC濾波電路。若用S表示C1兩端電壓的脈動系數(shù)，則輸出電壓兩端的脈動系數(shù)S=（1/C2R）S。由分析可知，電阻R的作用是將殘余的紋波電壓降落在電阻兩端，最后由C2再旁路掉。在值一定的情況下，R愈大，C2愈大，則脈動系數(shù)愈小，也就是濾波效果就好。而R值增大時，電阻上的直流壓降會增大，這樣就增大了直流電源的內(nèi)部損耗；若增大C

3、2的電容量，又會增大電容器的體積和重量，實現(xiàn)起來也不現(xiàn)實。這種電路一般用于負載電流比較小的場合。電感濾波電路根據(jù)電抗性元件對交、直流阻抗的不同，由電容C及電感L所組成的濾波電路的基本形式如圖1所示。因為電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C并聯(lián)在負載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應與負載串聯(lián)。      并聯(lián)的電容器C在輸入電壓升高時，給電容器充電，可把部分能量存儲在電容器中。而當輸入電壓降低時，電容兩端電壓以指數(shù)規(guī)律放電，就可以把存儲的能量釋放出來。經(jīng)過濾波電路的負載放電，網(wǎng)域上得到的輸出電壓就比較平滑，起到了平

4、波作用。若采用電感濾波，當輸入電壓增設(shè)時，與負載串聯(lián)的電感L中的電流增加，因此電感L將存儲部分磁場能量，當電流減小時，又將能量釋放出來，使負載電流變得平滑，因此，電感L也有平波作用。利用儲能元件電感器L的電流不能突變的特點，在整流電路的負載回路中串聯(lián)一個電感，使輸出電流波形較為平滑。因為電感對直流的阻抗小，交流的阻抗大，因此能夠得到較好的濾波效果而直流損失小。電感濾波缺點是體積大，成本高。橋式整流電感濾波電路如圖所示。電感濾波的波形圖如圖所示。根據(jù)電感的特點，當輸出電流發(fā)生變化時，L中將感應出一個反電勢，使整流管的導電角增大，其方向?qū)⒆柚闺娏靼l(fā)生變化。  在格式整流電路中，

5、當U2正半周時，D1、D3導電，電感中的電流將滯后U2不到90度。當U2超過90度后開始下降，電感上的反電勢有助于D1、D3反偏而截止，此時，電感中的電流將經(jīng)由D2、D4提供。由于格式電路的對稱性和電感中電流的連續(xù)性，四個二極管D1、D3；D2、D4的導電角都是180度，這一點與電容濾波電路不同。  已知格式整流電路二極管的導通角是180度，整流輸出電壓是半個半個正弦波，其平均值為。電感濾波電路，二極管的導通角也是180度，當忽略電感器L的電阻時，負載上輸出的電壓平均值也是。如果考慮濾波電路的直流電阻R，則電感濾波電路輸出的電壓平均值為要注意電感濾波電路的電流必須要足夠大，

6、即RL不能太大，應滿足wLRL，此時IO（AV）可用下式計算 由于電感的直流電阻小，交流阻抗很大，因此直流分量經(jīng)過電感后的損失很小，但是對于交流分量，在wL和分壓后，很大一部分交流分量降落在電感上，因而降低了輸出電壓中的脈動成分。電感L愈大，RL愈小，則濾波效果愈好，所以電感濾波適用于負載電流比較大，且變化比較大的場合。采用電感濾波以后，延長了整流管的導電角，從而避免了過大的沖擊電流。電容濾波原理詳解、空載時的情況當電路采用電容濾波，輸出端空載，如圖4（a)所示，設(shè)初始時電容電壓uC為零。接入電源后，當u2在正半周時，通過D1、D3向電容器C充電；當在u2的負半周時，通過D2、D4向

7、電容器C充電，充電時間常數(shù)為  式中包括變壓器副邊繞組的直流電阻和二極管的正向?qū)娮?。由于一般很小，電容器很快就充到交流電壓u2的最大值，如波形圖2（b)的時刻。此后，u2開始下降，由于電路輸出端沒接負載，電容器沒有放電回路，所以電容電壓值uC不變，此時，uC>u2，二極管兩端承受反向電壓，處于截止狀態(tài)，電路的輸出電壓U0=Uc=2U2，電路輸出維持一個恒定值。實際上電路總要帶一定的負載，有負載的情況如下。、帶載時的情況圖給出了電容濾波電路在帶電阻負載后的工作情況。接通交流電源后，二極管導通，整流電源同時向電容充電和向負載提供電流，輸出電壓的波形是正弦形。在時刻，即

8、達到u2 90度峰值時，u2開始以正弦規(guī)律下降，此時二極管是否關(guān)斷，取決于二極管承受的是正向電壓還是反向電壓。先設(shè)達到90度后，二極管關(guān)斷，那么只有濾波電容以指數(shù)規(guī)律向負載放電，從而維持一定的負載電流。但是90度后指數(shù)規(guī)律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，所以超過90度后有一段時間二極管仍然承受正向電壓，二極管導通。隨著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。所以在超過90度后的某一點，例如圖5（b)中的t2時刻，二極管開始承受反向電壓，二極管關(guān)斷。此后只有電容器C向負載以指數(shù)規(guī)律放電的形式提供電流，直至下一個半周的正弦波來到，u2再次超過uC，如圖5（b）中的t3時刻

9、，二極管重又導電。以上過程電容器的放電時間常數(shù)為  電容濾波一般負載電流較小，可以滿足td較大的條件，所以輸出電壓波形的放電段比較平緩，紋波較小，輸出脈動系數(shù)S小，輸出平均電壓UO(AV)大，具有較好的濾波特性。  以上濾波電路都有一個共性，那就是需要很大的電容容量都能滿足要求，這樣一來大容量電容在加電瞬間很有很大的短路電流，這個電流對整流二極管，變壓器沖擊很大，所以現(xiàn)在一般的做法是整流前加一的功率型NTC熱敏電阻來維持平衡，因NTC熱敏電阻在常溫下電阻很大，回電后隨著溫度升高，電阻阻值迅速減小，這個電路叫軟起動電路。這種電路缺點是：斷電后，在熱時間常數(shù)

10、為，NTC熱敏電阻沒有恢復到零功率電阻值，所以不頻繁的開啟。為什么整流后加上濾波電容在不帶負載時電壓為何升高？這是因為加上濾波測得的電壓是含有脈動成分的峰值電壓，加上負載后就是平均值，計算：峰值電壓1.414×理論輸出電壓有源濾波電子電路濾波電阻濾波本身有很多矛盾，電感濾波成本又高，故一般線路常采用有源濾波電路，電路如圖。它是由C1、RC2組成的型RC濾波電路與有源器件晶體管T組成的射極輸出器連接而成的電路。貼圖6可知，流過R的電流IR=IE/（1+）=IRL/（1+）。流過電阻R的電流僅為負載電流的1/（1+），所以可以采用較大的R，與C2配合以獲得較好的濾波效果，以使C2兩端的電

11、壓的脈動成分減小，輸出電壓和C2兩端的電壓基本相等，因此輸出電壓的脈動成分也得到了削減。從RL負載電阻兩端看，基極回路的濾波元件R、C2折合到射極回路，相當于R減小了（1+）倍，而C2增大了（1+）倍。這樣所需的電容C2只是一般RC型濾波器所需電容的1/，比如晶體管的直流放大系數(shù)=50，如果用一般RC型濾波器所需電容容量為1000F，如采用電子濾波器，那么電容只需要20F就滿足要求了。采用此電路可以選擇較大的電阻和較小的電容而達到同樣的濾波效果，因此被廣泛用于一些小型電子設(shè)備的電源之中。  DLC型濾波器1、工作原理  DLC型濾波器有正脈沖輸入時電流方

12、向a、當變壓器次級繞組為上正下負時，由于變壓器次級繞組輸出的電壓是正負交變的矩形波，故加D1整流去掉負半周，正半周通過D1整流后，電流通過電感L儲存了磁能，這個電流一部分給C1充電，另一部分給負載RL用，D2截止。  、當輸入正脈沖消失后，這時變壓器次級繞組產(chǎn)生的自感電壓為上負下正，所以整流管D1截止，濾波器沒有輸入電壓，負載RL的電流供給由兩部分組成，一部分由電感中儲存的磁能轉(zhuǎn)換為電能，電流方向與原來的電流方向一致，并通過續(xù)流二極管D2構(gòu)成回路電流iL，另一路是C1放電提供的電流為-ic1。2、DLC型濾波器，輸出的直流電壓就是它輸入的矩形波電壓的平均值。3、DLC型濾波

13、器常用在肪寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源，DLC的輸出端，對地需要并聯(lián)一個電阻，習慣上叫做“釋放電阻”，一般在釋放電阻中有30-50mA電流就可以。CRC 型濾波器1、工作原理   a、經(jīng)整流輸出的電壓，首選經(jīng)過C1電容器的濾波，將大部分交流成分濾除，經(jīng)C1后的電壓，再加到由RL和C2夠成的RC濾波電路中，電容C2進一步對交流成分進行濾波。b、C1小于電容幾乎不存在電感，它的容抗很小，這樣高頻干擾成分容易通過小電容C1濾波到地，對高頻交流干擾濾波效果較好。c、而電容容量大（C2>C1)，流過C2的是低頻交流成分，對低頻交流干擾濾波效果較好。d、電阻對交、直流均有壓降和功率

14、損耗，故CRC只適用于負載電流較小的場合。CLC 型濾波器、工作原理  a、輸入正脈沖時，先給C1充電，充電電流為ic1，迅速充到脈沖的峰值電壓Vi，同時電感器L中也有線性增長的電流，并在L中儲存了磁能，隨著電流的增長，儲存的磁能起來越多，電容器C2通過電感L也充上了電壓，充電電流為ic2，C2和C1上的電壓基本相等，負載RL中的電流IRL也是由輸入脈沖供給。  b、輸入正脈沖消失，負載RL的電流由兩路提供，一路是C2放電提供的電流為-ic2，另一路是由電感L儲存的磁能轉(zhuǎn)換成電能，并與C1上的電壓串聯(lián)后提供-ic1。負載RL中的電流等于兩個電容器放電電流的和，即IL=-（-ic2+-ic1）。c、對直流而言：CLC型濾波器