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桥式整流滤波电路:电容滤波

2016.05.18 12:05 评论:0

整流电路将交流电压变换成单向脉动的电压,为了改善电压的脉动程度,得到较平直的直流电压,以满足电子设备的需要,常在整流电路输出端接上滤波电路。

滤波电路主要由电容、电感元件组成,从本篇的电容滤波电路开始,分三篇分别介绍这几种滤波电路。如下图所示,在桥式整流电路负载两端并联一个电容器C,利用电容C的充放电作用,可以使负载上得到的电压较为平直。

桥式整流电容滤波电路

当输入电压$u_{2}$正半周时,如果$u_{2}> u_{C}$,二极管VD1、VD3导通(参看《二极管单相整流电路:桥式整流工作原理及桥式整流组件(硅堆)》的单相桥式整流电路图),电流流过负载$R_{L}$的同时,也对电容C充电,忽略二极管的正向管压降,电容C两端的电压$u_{C}$和输入电压$u_{2}$相同,并充电到最大值$\sqrt{2}u_{2}$,当$u_{2}$按正弦规律连续下降时,在接负载$R_{L}$的情况下,开始时$u_{C}$也是按$u_{2}$的规律下降;但是,由于$u_{2}$的下降速度大于$u_{C}$的下降速度,所以下降到$u_{2}< u_{C}$时,VD1、VD3处于反向偏置截止,而电容c开始向负载$R_{L}$放电,即$u_{C}$按指数规律下降。

当输入电压$u_{2}$的负半周变化到$|u_{2}|>u_{C}$时,如上图,VD2、VD4开始导通,此时电容C放电停止,$u_{2}$重新对电容充电,使$u_{C}$按正弦规律充电到最大值$\sqrt{2}u_{2}$,然后$u_{2}$下降到$|u_{2}|< u_{C}$时,VD2、VD4截止,电容C又开始向负载$R_{L}$放电,此时$u_{C}$按指数规律下降。如此作周期性重复,故电容器两端的电压$u_{C}$,即负载电压$u_{o}$变得比较平直。

电容滤波电路的波形

由以上分析可知,桥式整流电路加电容滤波后,输出电压的脉动成分减小,同时也使平均值$U_{o}$。得到提高,$U_{o}$的大小取决于负载$R_{L}$和电容C的乘积,即电容放电时间常数$R_{L}C$。放电时间常数越大,电容放电越慢,输出电压波形越平直,平均值越接近$\sqrt{2}u_{2}$。

在电容滤波电路中,一般取时间常数为:

$$R_{L}C\geqslant (3~5)T/2$$

式中:T——交流电压的周期(S)。此时,桥式整流电容滤波的输出电压…。约为:

$$U_{o}=(1.1~1.2)U_{2}$$

若输出平均电压$U_{o}\leqslant 24V$,则按下表的经验数据选择滤波电容的电容值。

滤波电容取值表

电容滤波是利用电容的充放电作用,提高了输出电压的平均值,电路也较为简单,但其缺点是输出电压随负载$R_{L}$的大小而变化。因此,这种滤波电路适用于负载变化不大且要求输出电压较高的场合。滤波电容一般使用有极性的电解电容器,其耐压应大于$\sqrt{2}u_{2}$。

桥式整流加电容滤波后,二极管承受的反向电压最大值仍是$\sqrt{2}u_{2}$。因为通过二极管的电流$i_{V}$的平均值等于负载电流的平均值,而二极管导通的时间缩短了,因此$i_{V}$的峰值电流必然较大,另外在电源刚合上时,电容充电电流最大,这冲击电流流过二极管可能会使其损坏。所以选择二极管时,应考虑这些因素。