電容濾波的工作原理

    從電氣工程上所有的元件可以歸納為三類最基本的元件即電阻電感和電容.電阻的阻值與交流電的頻率無關(guān).電感的阻值稱為感抗Xl2πfL即與交流電的頻率成正比.頻率越高感抗越大.電容元件則與電感元件相反它的容抗Xc1/2πfC即與交流電頻率反比. 因此電氣工程上常利用LC元件對不同頻率交流電量的電抗不同對交流電量進行分流稱為濾波. 按不同功能濾波器通常分三類:低通高通帶通.它們在電氣電路及電子電路中都有著廣泛的應(yīng)用.最簡單和最典型的一個例子就是我們常用的直流穩(wěn)壓電源中整流電路后面接入的電容就是為了減小交流脈動而設(shè)置的.它是一個低通濾波器.上面學(xué)習(xí)的整流電路它們的輸出電壓都含有較大的脈動成分只在一些特殊的場合使用一般的直流電路都需要較理想的一條直線似的的直流電壓這就要平滑脈動的電壓使其達到這種措施就是濾波. 濾波器一般由電感或電容以及電阻等元件組成. 電容濾波簡單的說濾波是利用電容對特定頻率的等效容抗小近似短路來實現(xiàn)的與諧振無關(guān)。

    容抗Xc1/ωC1/2πfC濾高頻用0.1uF陶瓷電容---它對1MHz信號的等效容抗只有1.6歐姆而對50Hz的工頻信號等效容抗有近似32千歐所以只能濾高頻而要濾工頻2000uF電容的等效容抗才能與0.1uF對1MHz信號的等效容抗相當(dāng)。利用電容兩端電壓不能突變只能充放電的特性來達到平滑脈沖的電壓的目的. 在正半周D導(dǎo)通時分兩個電流:一是電流IL向負載供電二是IC向電容充電如忽略D的壓降則在電容上的電壓等于U2當(dāng)U2達到最大的峰值后開始下降 此時電容C上的電壓UC也將由于放電而逐漸下降當(dāng)U2UC時二極管再導(dǎo)通再次循環(huán)下去. 但半波整流濾波的輸出的電壓還是帶有鋸齒裝的成分現(xiàn)在多用橋式整流濾波電路原理同上. 

    根據(jù)上面的分析可知采用電容濾波后有如下特點: 

    1、負載電壓中的脈動的成分降低了許多 

    2、負載電壓的平均值有所提高。在RL一定時濾波電容越大UL越大。

    設(shè)計時可估算 UL1---1.1U2半波UL1.2U2全波橋式整流 濾波電容的確定: 

    RLC3--5T半波整流時RLC3--5T/2全波橋式整流時T為交流電的周期. 220交流電的頻率為50HZ即T1/50 教您如何來正確的選擇濾波電容濾波電容在開關(guān)電源中起著非常重要的作用如何正確選擇濾波電容尤其是輸出濾波電容的選擇則是每個工程技術(shù)人員都十分關(guān)心的問題。 50Hz工頻電路中使用的普通電解電容器其脈動電壓頻率僅為100Hz充放電時間是毫秒數(shù)量級。

    為獲得更小的脈動系數(shù)所需的電容量高達數(shù)十萬μF因此普通低頻鋁電解電容器的目標(biāo)是以提高電容量為主電容器的電容量、損耗角正切值以及漏電流是鑒別其優(yōu)劣的主要參數(shù)。而開關(guān)電源中的輸出濾波電解電容器其鋸齒波電壓頻率高達數(shù)十kHz甚至是數(shù)十MHz這時電容量并不是其主要指標(biāo)衡量高頻鋁電解電容優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是“阻抗-頻率”特性要求在開關(guān)電源的工作頻率內(nèi)要有較低的等效阻抗同時對于半導(dǎo)體器件工作時產(chǎn)生的高頻尖峰信號具有良好的濾波作用。普通的低頻電解電容器在10kHz左右便開始呈現(xiàn)感性無法滿足開關(guān)電源的使用要求。而開關(guān)電源專用的高頻鋁電解電容器有四個端子正極鋁片的兩端分別引出作為電容器的正極負極鋁片的兩端也分別引出作為負極。

    電流從四端電容的一個正端流入經(jīng)過電容內(nèi)部再從另一個正端流向負載從負載返回的電流也從電容的一個負端流入再從另一個負端流向電源負端。由于四端電容具有良好的高頻特性為減小電壓的脈動分量以及抑制開關(guān)尖峰噪聲提供了極為有利的手段。高頻鋁電解電容器還有多芯的形式即將鋁箔分成較短的若干段用多引出片并聯(lián)連接以減小容抗中的阻抗成份。并且采用低電阻率的材料作為引出端子提高了電容器承受大電流的能力。 電感濾波電路 電感方向性無方向 基本作用濾波、振蕩、延遲、陷波等形象說法“通直流阻交流” 細化解說在電子線路中電感線圈對交流有限流作用它與電阻器或電容器能組成高通或低通濾波器、移相電路及諧振電路等變壓器可以進行交流耦合、變壓、變流和阻抗變換等。由感抗XL2πfL 知電感L越大頻率f越高感抗就越大。該電感器兩端電壓的大小與電感L成正比還與電流變化速度△i/△t成正比這關(guān)系也可用下式表示 即ULdI/dt只要電感L足夠大即使整流輸出電壓低到為0電感中仍有正向電流并使負載上保持一定的正向電壓。電感線圈也是一個儲能元件它以磁的形式儲存電能儲存的電能大小可用下式表示W(wǎng)L1/2 Li2 ?？梢娋€圈電感量越大流過越大儲存的電能也就越多。 檢查電感好壞方法用電感測量儀測量其電感量用萬用表測量其通斷理想的電感電阻很小近乎為零。 二電感運用場合 在大電流的情況下由于負載電阻RL很小。若采用電容濾波電路則電容容量勢必很大而且整流二極管的沖擊電流也非常大在此情況下應(yīng)采用電感濾波。

    由于電感線圈的電感量要足夠大所以一般需要采用有鐵心的線圈。 三工作原理 當(dāng)流過電感的電流變化時電感線圈中產(chǎn)生的感生電動勢將阻止電流的變化。當(dāng)通過電感線圈的電流增大時電感線圈產(chǎn)生的自感電動勢與電流方向相反阻止電流的增加同時將一部分電能轉(zhuǎn)化成磁場能存儲于電感之中當(dāng)通過電感線圈的電流減小時自感電動勢與電流方向相同阻止電流的減小同時釋放出存儲的能量以補償電流的減小。因此經(jīng)電感濾波后不但負載電流及電壓的脈動減小波形變得平滑而且整流二極管的導(dǎo)通角增大。 在電感線圈不變的情況下負載電阻愈小輸出電壓的交流分量愈小。只有在RLωL時才能獲得較好的濾波效果。L愈大濾波效果愈好。

    另外由于濾波電感電動勢的作用可以使二極管的導(dǎo)通角接近π減小了二極管的沖擊電流平滑了流過二極管的電流從而延長了整流二極管的壽命。 帶電感濾波的全波整流電路。濾波元件L串在整流輸出與負載RL 之間電感濾波一般不與半波整流搭配。其濾波原理可用電磁感應(yīng)原理來解釋。當(dāng)電感中通過交變電流時電感兩端便產(chǎn)生出一反電勢阻礙電流的變化當(dāng)電流增大時反電勢會阻礙電流的增大并將一部分能量以磁場能量儲存起來當(dāng)電流減小時反電勢會阻礙電流的減小電感釋放出儲存的能量。這就大大減小了輸出電流的變化使其變得平滑達到了濾波目的。當(dāng)忽略L的直流電阻時RL上的直流電壓UL與不加濾波時負載上的電壓相同即UL 0.9U2 GS0718 電感濾波原理也可以用電感對交、直流分量感抗不同使直流順利通過使交流得受阻的原理來解釋。 與電容濾波相比電感濾波有以下特點 1電感濾波的外特性和脈動特性好。UL隨L的增大下降不多基本上是平坦的下降是L的直流電阻引起的S隨L的增大而減小。 2電感濾波電路整流二極管的導(dǎo)通角 θπ。 3電感濾波輸出電壓較電容濾波為低。故一般電感濾波適用于輸出電壓不高輸出電流較大及負載變化較大的場合。