整流电路的输出电压不是朴实的直流,从示波器调查整流电路的输出,与直流相差很大,波形中含有较大的脉动成分,称为纹波。为取得比较抱负的直流电压,需求使用具有储能作用的电抗性元件(如电容、电感)组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以取得直流电压。
常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的首要方式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包含倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。
有源滤波的首要方式是有源RC滤波,也被称作电子滤波器。直流电中的脉动成分的巨细用脉动系数来表明,此值越大,则滤波器的滤波作用越差。
脉动系数(S)=输出电压沟通重量的基波最大值/输出电压的直流重量
半波整流输出电压的脉动系数为S=1.57,全波整流和桥式整流的输出电压的脉动系数S≈O.67。关于全波和桥式整流电路选用C型滤波电路后,其脉动系数S=1/(4(RLC/T-1)。(T为整流输出的直流脉动电压的周期。)
电阻滤波电路
RC-π型滤波电路,实质上是在电容滤波的基础上再加一级RC滤波电路组成的。如图1(B)RC滤波电路。若用S表明C1两头电压的脉动系数,则输出电压两头的脉动系数S=(1/ωC2R)S。
由剖析可知,电阻R的作用是将剩余的纹波电压降落在电阻两头,最后由C2再旁路掉。在ω值必定的状况下,R愈大,C2愈大,则脉动系数愈小,也便是滤波作用就越好。而R值增大时,电阻上的直流压降会增大,这样就增大了直流电源的内部损耗;若增大C2的电容量,又会增大电容器的体积和重量,完成起来也不现实。
这种电路一般用于负载电流比较小的场合。
电感滤波电路
依据电抗性元件对交、直流阻抗的不同,由电容C及电感L所组成的滤波电路的根本方式如图1所示。由于电容器C对直流开路,对沟通阻抗小,所以C并联在负载两头。电感器L对直流阻抗小,对沟通阻抗大,因而L应与负载串联。
(A)电容滤波(B)C-R-C或RC-π型电阻滤波脉动系数S=(1/ωC2R’)S’
(C)L-C电感滤波(D)π型滤波或叫C-L-C滤波
图1无源滤波电路的根本方式
并联的电容器C在输入电压升高时,给电容器充电,可把部分能量存储在电容器中。而当输入电压下降时,电容两头电压以指数规则放电,就能够把存储的能量释放出来。经过滤波电路向负载放电,负载上得到的输出电压就比较滑润,起到了平波作用。若选用电感滤波,当输入电压增高时,与负载串联的电感L中的电流添加,因而电感L将存储部分磁场能量,当电流减小时,又将能量释放出来,使负载电流变得滑润,因而,电感L也有平波作用。
使用储能元件电感器L的电流不能骤变的特色,在整流电路的负载回路中串联一个电感,使输出电流波形较为滑润。由于电感对直流的阻抗小,沟通的阻抗大,因而能够得到较好的滤波作用而直流丢失小。电感滤波缺陷是体积大,本钱高。
桥式整流电感滤波电路如图2所示。电感滤波的波形图如图2所示。依据电感的特色,当输出电流发生改变时,L中将感应出一个反电势,使整流管的导电角增大,其方向将阻挠电流发生改变。
图2电感滤波电路
在桥式整流电路中,当u2正半周时,D1、D3导电,电感中的电流将滞后u2不到90°。当u2超越90°后开端下降,电感上的反电势有助于D1、D3持续导电。当u2处于负半周时,D2、D4导电,变压器副边电压悉数加到D1、D3两头,致使D1、D3反偏而截止,此刻,电感中的电流将经由D2、D4供给。由于桥式电路的对称性和电感中电流的连续性,四个二极管D1、D3;D2、D4的导电角θ都是180°,这一点与电容滤波电路不同。
图3电感滤波电路波形图
已知桥式整流电路二极管的导通角是180°,整流输出电压是半个半个正弦波,其均匀值约为。电感滤波电路,二极管的导通角也是180°,当疏忽电感器L的电阻时,负载上输出的电压均匀值也是。假如考虑滤波电感的直流电阻R,则电感滤波电路输出的电压均匀值为
要注意电感滤波电路的电流必需求足够大,即RL不能太大,应满意wL>>RL,此刻IO(AV)可用下式核算
由于电感的直流电阻小,沟通阻抗很大,因而直流重量经过电感后的丢失很小,可是关于沟通重量,在wL和上分压后,很大一部分沟通重量降落在电感上,因而下降了输出电压中的脉动成分。电感L愈大,RL愈小,则滤波作用愈好,所以电感滤波适用于负载电流比较大且改变比较大的场合。选用电感滤波今后,延长了整流管的导电角,然后避免了过大的冲击电流。
电容滤波原理详解
1.空载时的状况
当电路选用电容滤波,输出端空载,如图4(a)所示,设初始时电容电压uC为零。接入电源后,当u2在正半周时,经过D1、D3向电容器C充电;当在u2的负半周时,经过D2、D4向电容器C充电,充电时间常数为
(a)电路图(b)波形图
图4空载时桥式整流电容滤波电路
式中包含变压器副边绕组的直流电阻和二极管的正导游通电阻。由于一般很小,电容器很快就充到沟通电压u2的最大值,如波形图2(b)的时间。尔后,u2开端
下降,由于电路输出端没接负载,电容器没有放电回路,所以电容电压值uC不变,此刻,uC>u2,二极管两头接受反向电压,处于截止状况,电路的输出电压,电路输出保持一个稳定值。实际上电路总要带必定的负载,有负载的状况如下。
2.带载时的状况
图5给出了电容滤波电路在带电阻负载后的工作状况。接通沟通电源后,二极管导通,整流电源一起向电容充电和向负载供给电流,输出电压的波形是正弦形。在时间,即到达u290°峰值时,u2开端以正弦规则下降,此刻二极管是否关断,取决于二极管接受的是正向电压仍是反向电压。
先设到达90°后,二极管关断,那么只要滤波电容以指数规则向负载放电,然后保持必定的负载电流。可是90°后指数规则下降的速率快,而正弦波下降的速率小,所以超越90°今后有一段时间二极管依然接受正向电压,二极管导通。跟着u2的下降,正弦波的下降速率越来越快,uC的下降速率越来越慢。所以在超越90°后的某一点,例如图5(b)中的t2时间,二极管开端接受反向电压,二极管关断。尔后只要电容器C向负载以指数规则放电的方式供给电流,直至下一个半周的正弦波来到,u2再次超越uC,如图5(b)中的t3时间,二极管重又导电。
以上进程电容器的放电时间常数为
电容滤波一般负载电流较小,能够满意td较大的条件,所以输出电压波形的放电段比较陡峭,纹波较小,输出脉动系数S小,输出均匀电压UO(AV)大,具有较好的滤波特性。
(a)电路图(b)波形图
图5带载时桥式整流滤波电路
以上滤波电路都有一个共性,那便是需求很大的电容容量才干满意要求,这样一来大容量电容在加电瞬间很有很大的短路电流,这个电流对整流二极管,变压器冲击很大,所以现在一般的做法是在整流前加一的功率型NTC热敏电阻来保持平衡,因NTC热敏电阻在常温下电阻很大,加电后跟着温度升高,电阻阻值敏捷减小,这个电路叫软起动电路。这种电路缺陷是:断电后,在热时间常数内,NTC热敏电阻没有康复到零功率电阻值,所以不宜频频的敞开。
为什么整流后加上滤波电容在不带负载时电压为何升高?这是由于加上滤波测得的电压是含有脉动成分的峰值电压,加上负载后便是均匀值,核算:峰值电压=1.414×理论输出电压。
有源滤波-电子电路滤波
电阻滤波自身有许多对立,电感滤波本钱又高,故一般线路常选用有源滤波电路,电路如图6。它是由C1、R、C2组成的π型RC滤波电路与有源器材晶体管T组成的射极输出器衔接而成的电路。由图6可知,流过R的电流IR=IE/(1+β)=IRL/(1+β)。流过电阻R的电流仅为负载电流的1/(1+β).
所以能够选用较大的R,与C2合作以取得较好的滤波作用,以使C2两头的电压的脉动成分减小,输出电压和C2两头的电压根本持平,因而输出电压的脉动成分
也得到了减少。
从RL负载电阻两头看,基极回路的滤波元件R、C2折合到射极回路,相当于R减小了(1+β)倍,而C2增大了(1+β)倍。这样所需的电容C2仅仅一般RCπ型滤波器所需电容的1/β,比方晶体管的直流放大系数β=50,假如用一般RCπ型滤波器所需电容容量为1000μF,如选用电子滤波器,那么电容只需求20μF就满意要求了。选用此电路能够挑选较大的电阻和较小的电容而到达相同的滤波作用,因而被广泛地用于一些小型电子设备的电源之中。