电子技术基础项目化教程课件 项目三 直流稳压电源的设计 3.2.3 滤波电路

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整流电路输出的电压是脉动的，含有较大的脉动成分。这种电压只能用于对输出电压平滑程度要求不高的电子设备中，当这种电路用作要求较高的电子设备的电源时，会引起严重的谐波干扰。为此，整流电路中一般都要连接滤波电路，以保留整流后输出电压的直流成分，滤掉脉动成分，使输出电压趋于平滑，接近于理想的直流电压。常用的滤波电路有电容滤波电路、电感滤波和RC-π型滤波电路等。3.2.3滤波电路下页上页首页1.电容滤波电路

（1）半波整流电容滤波电路

半波整流电容滤波电路如图3－6（a）所示。下页上页首页图3－6

半波整流滤波电路

1）工作原理

设滤波电容初始电压值为零。0～t1期间：u2由零逐渐上升，二极管VD正偏而导通，电流分成两路，一路流经负载RL，另一路对电容进行充电。电容器两端电压uC快速上升。二极管的阳极电位是随u2变化的，而阴极电位是随uC变化的，因此二极管零偏而截止。在t1时刻uC达到u2的峰值

U2，即u2=uC=U2。下页上页首页

t1～t2期间：二极管阳极电位随输入电压u2迅速下降，导致二极管在一段时间内处于截止状态，以后输入电压自负半周向正半周上升。电容C开始向负载RL放电，放电过程缓慢，uC也缓慢下降，u0也缓慢下降。下页上页首页

t2～t3期间：二极管阳极电位u2开始大于阴极电位uC，VD又开始导通，并向电容C迅速充电。uo波形按图3－6（c）中B～C段变化，到t3时刻，uC=u2，二极管又截止，使得电容C又对负载RL放电。

综上所述，画出的输出电压uo亦即电容C上电压uC波形如图3－6（c）所示，在0～t1期间，uo的波形为0A段，近似按输入电压上升；t1～t2期间，uo波形自A向B缓慢下降；t2～t3期间，uo波形又开始按输入电压迅速上升，如此不断重复，使uo趋于平滑。下页上页首页2）主要参数

半波整流电容滤波电路输出直流电压平均值为：

UO(AV)=（1～1.1）U2

一般取UO(AV)=U2

流过二极管的平均电流为：

ID(AV)≈U2/RL

下页上页首页3）二极管选择

在二极管截止时，变压器二次绕组电压瞬时极性为上端a为负，下端b为正，此时电容器电压充至

U2，极性为上正下负，因此二极管承受的最大反向电压为两电压之和，为此选二极管时

URM≥UDM=2U2

滤波电路中，二极管的导通时间比不加滤波电容时短，导通角小于π，流过二极管的瞬时电流很大，且滤波电容越大，导通角越小，冲击电流就越大。在选用二极管时，应考虑冲击电流对二极管的影响，一般选

IF=（2～3）ID。

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（2）单相桥式整流电容滤波电路

单相桥式整流电容滤波电路如图3－7(a)所示。下页上页首页图3－7单相桥式整流电容滤波电路

1）工作原理

桥式整流滤波电路与半波整流滤波电路的工作原理基本相同，不同的是输出电压是全波脉动直流电，无论u2是正半周还是负半周，电路中总有二极管导通，在一个周期内，u2对电容充电二次，电容对负载放电的时间大大缩短，输出电压波形更加平滑，波形如图3－7(b)所示。图中虚线为不接滤波电容时的波形，实线为滤波后的波形。

2）主要参数

桥式整流电容滤波电路输出直流电压平均值为

UO(AV)≈1.2U2

若负载电阻开路，UO=U2。下页上页首页

3）滤波电容选择

滤波电容按下式选取

τ=RLC≥(3～5)T/2

式中，T是交流电的周期。

滤波电容数值一般在几十微到几千微法，视负载电流大小而定，其耐压值应大于输出电压值，一般取1.5倍左右，且通常采用有极性的电解电容。在滤波电容装接过程中，切不可将电解电容极性接反，以免损坏电解电容或电容器发生爆炸。

电容滤波电路简单，输出电压Uo较高，脉动较小。但外特性差，适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。下页上页首页

例3-2在单相桥式整流电容滤波电路中，已知交流电源的频率f=50Hz，要求输出直流电压为30V，输出电流为0.3A。试求：①变压器副边电压有效值；②选择整流二极管；③选择滤波电容。

解：①变压器副边电压有效值为：

U2=UO/1.2=30/1.2=25V

②流过二极管电流的平均值为：ID=IO/2=0.3/2=0.15A

二极管承受的最大反向电压为：URM=U2=25V=35.4V

可以选择4只2CP21二极管，其最大整流平均电流为0.3A，最高反向工作电压为100V。下页上页首页

③选择滤波电容

取

滤波电容所承受的最高电压为：

可选择500μF/50V的电解电容器。下页上页首页2.电感电容滤波

电感滤波电路是利用电感的隔交通直作用来实现滤波作用的。由于电感对交流呈现一定的阻抗，整流后所得到的单向脉动直流电中的交流成分将降落在电感上。感抗越大，降落在电感上的交流成分越多；又由于若忽略电感的电阻，电感对于直流没有压降，所以整流后所得到的单向脉动直流电中的直流成分经过电感，全部落在负载电阻上，从而使得负载电阻上所得到的输出电压的脉动减小，达到滤波目的。电感滤波器的工作频率越高、电感量越大，滤波效果越好。下页上页首页电感电容滤波电路如图3－8所示。下页上页首页图3－8

电感电容滤波电路

LC滤波的整流电路适用于电流较大、要求输出电压脉动很小的场合，尤其适用于高频整流，如开关电源电路。对于电流较大、负载变化较大，且对输出电压的脉动程度要求不太高的场合，也可将电容除去，如晶闸管电路电源。3.RC－π型滤波电路

RC-π型滤波电路如图3－9所示。它是利用R和C对输入回路整流后的电压的交直流分量的不同分压作用来实现滤波作用的。下页上页首页图3－9

RC－π型滤波电路

电阻R对交直流分量均有同样的降压作用，但是因为电容C2的交流阻抗很小，这样电阻R与电容C2及RL配合以后，使交流分量较多地降在电阻R两端，而较少地降在负载RL上，从而起到滤波作用。R越大，C2越大，滤波效果越好。但R