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电源设计中最常见的四种滤波电路原理及特点解析

2019年10月29日 文章来源:网络整理 热度:196℃ 作者:刘英

在整流电路输出的电压是单向脉动性电压,不能 直接给电子电路使用。所以要对输出的电压进行滤波, 消除电压中的交流成分,成为直流电后给电子电路使 用。在滤波电路中,主要使用对交流电有特殊阻抗特性 的器件,如:电容器、电感器。本文对其各种形式的滤波 电路进行分析。

一、滤波电路种类

滤波电路主要有下列几种:电容滤波电路,这是最 基本的滤波电路;π 型 RC 滤波电路;π 型 LC 滤波电 路;电子滤波器电路。

二、滤波原理

1. 单向脉动性直流电压的特点

如图 1(a)所示。是单向脉动性直流电压波形,从 图中可以看出,电压的方向性无论在何时都是一致的, 但在电压幅度上是波动的,就是在时间轴上,电压呈现 出周期性的变化,所以是脉动性的。

但根据波形分解原理可知,这一电压可以分解一 个直流电压和一组频率不同的交流电压,如图 1(b)所 示。在图 1(b)中,虚线部分是单向脉动性直流电压 U。 中的直流成分,实线部分是 UO 中的交流成分。

电源设计中最常见的四种滤波电路原理及特点解析

2. 电容滤波原理

根据以上的分析,由于单向脉动性直流电压可分 解成交流和直流两部分。在电源电路的滤波电路中,利 用电容器的“隔直通交”的特性和储能特性,或者利用 电感“隔交通直”的特性可以滤除电压中的交流成分。 图 2 所示是电容滤波原理图。

图 2(a)为整流电路的输出电路。交流电压经整流 电路之后输出的是单向脉动性直流电,即电路中的 UO。

图 2(b)为电容滤波电路。由于电容 C1 对直流电 相当于开路,这样整流电路输出的直流电压不能通过C1 到地,只有加 到负载 RL 图为 RL 上。对于整流电路 输出的交流成分, 因 C1 容量较大, 容抗较小,交流成 分通过 C1 流到地 端,而不能加到负 载 RL。这样,通过 电容 C1 的滤波, 从单向脉动性直 流电中取出了所 需要的直流电压 +U。

滤波电容 C1 的容量越大,对交流成分的容抗越 小,使残留在负载 RL 上的交流成分越小,滤波效果就 越好。

电源设计中最常见的四种滤波电路原理及特点解析

3. 电感滤波原理

图 3 所示是电感滤波原理图。由于电感 L1 对直流 电相当于通路,这样整流电路输出的直流电压直接加 到负载 RL 上。

电源设计中最常见的四种滤波电路原理及特点解析

对于整流电路输出的交流成分,因 L1 电感量较大,感抗较大,对交流成分产生很大的阻碍作用,阻止 了交流电通过 C1 流到加到负载 RL。这样,通过电感 L1 的滤波,从单向脉动性直流电中取出了所需要的直 流电压 +U。

滤波电感 L1 的电感量越大,对交流成分的感抗越 大,使残留在负载 RL 上的交流成分越小,滤波效果就 越好,但直流电阻也会增大。

三、π 型 RC滤波电路识图方法

图 4 所示是 π 型 RC 滤波电路。电路中的 C1、C2 和 C3 是 3 只滤波电容,R1 和 R2 是滤波电阻,C1、R1 和C2 构成第一节 π 型的 RC 滤波电路, C2、 R2 和 C3 构成 第二节 π 型 RC 滤波电路。由于这种滤波电路的形式 如同希腊字母 π 和采用了电阻器、电容器,所以称为 π 型 RC 滤波电路。

电源设计中最常见的四种滤波电路原理及特点解析

π 型 RC 滤波电路原理如下:

(1)这一电路的滤波原理是:从整流电路输出的电 压首先经过 C1 的滤波,将大部分的交流成分滤除,然 后再加到由 R1 和 C2 构成的滤波电路中。C2 的容抗与 R1 构成一个分压电路,因 C2 的容抗很小,所以对交流 成分的分压衰减量很大,达到滤波目的。对于直流电而 言,由于 C2 具有隔直作用,所以 R1 和 C2 分压电路 对直流不存在分压衰减的作用,这样直流电压通过 R1 输出。

(2)在 R1 大小不变时,加大 C2 的容量可以提高滤 波效果,在 C2 容量大小不变时,加大 R1 的阻值可以提 高滤波效果。但是,滤波电阻 R1 的阻值不能太大,因为 流过负载的直流电流要流过 R1,在 R1 上会产生直流 压降,使直流输出电压 Uo2 减小。R1 的阻值越大,或流 过负载的电流越大时,在 R1 上的压降越大,使直流输 出电压越低。

(3) C1 是第一节滤波电容,加大容量可以提高滤 波效果。但是 C1 太大后,在开机时对 C1 的充电时间 很长,这一充电电流是流过整流二极管的,当充电电流 太大、时间太长时,会损坏整流二极管。所以采用这种 π 型 RC 滤波电路可以使 C1 容量较小,通过合理设计 R1 和 C2 的值来进一步提高滤波效果。

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