第十章 直流电源2.ppt

* * §10.3 滤波电路 交流 电压 脉动 直流电压 整流 滤波 直流 电压 经过整流后的电源电压虽然没有交流变化成分，但其脉动较大，需要经过滤波电路消除其脉动成分，使其更接近于直流。 滤波的方法一般采用无源元件电容或电感，利用其对电压、电流的储能特性达到滤波的目的。 一、电容滤波电路 电容滤波电路是使用最多也是最简单的滤波电路。其结构为在整流电路的输出端并联一较大容量的电解电容，利用电容对电压的充放电作用使输出电压趋于平滑。该形式电路多用于小功率电源电路中。 1．电容滤波原理 以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。 a 桥式整流电容滤波电路 u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C 当RL未接入时(电容初始电压为0)： u2 t uo t 设t1时刻接通电源 t1 整流电路为电容充电 充电结束 没有电容时的输出波形 a u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C uc uo =uc= U2 τc=RintC （Rint为充电回路等效电阻） 当RL接入时（假设RL是u2在从0上升时接入的）： u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C u2 t uo t 无滤波电容 时的波形 加入滤波电容 时的波形 uo t u2上升, u2大于电容 上的电压uc,u2对电容充电， uo= uc? u2 u2下降， u2小于电容上的电压。 二极管承受反向电压而截止。 电容C通过RL放电， uc按指数 规律下降，时间常数? = RL C u2 t uo t 只有整流电路输出电压大于uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。 二极管中的电流 u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C u2 t uo t 电容充电时，电容电压滞后于u2。 RLC越小，输出电压越低。 u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C RL接入（且RLC较大）时 2．电容滤波的主要参数 因为滤波的过程中含有正弦波、指数曲线及谐波成分，一般很难用精确的数学表达式进行计算，所以一般使用中多采用近似估算来确定其参数。 输出电压可以近似看成锯齿波，如图所示。 设uc每次充电到峰值Uomax= U2后按RLC放电的初始斜率线性下降，经过τ=RLC放电结束交于横轴； 并令在 （T为正弦波周期）处为电容充放电转换时的电压值Uomin。 则： 由相似三角形关系可得： 则： 即： Io(AV)= Uo(AV)/RL 脉动系数S： 采用近似波形计算。 以（Uomax－Uomin）为基波峰-峰值，则 实际uo的波动没有近似波形误差大，故实际S比计算值要小。 一般取 近似估算: Uo(AV)≈1.2U2 (b) 流过二极管瞬时电流很大 RLC 越大 ? Uo越高?负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短 ? iD的峰值电流越大 (a) 输出电压 平均值Uo与时间常数 RLC 有关 RLC 愈大? 电容器放电愈慢 ? Uo(平均值)愈大 (c) 二极管承受的最高反向电压： (d) 滤波电容应选用耐压1.1 的电解电容。 由UO(AV)的表达式可看出，C越大， UO(AV)也越大，IO(AV)也会增大，而整流管的通电时间却越短，整流管的导通电流加大，如果C太大则初始充电时间要长，整流管中通过的冲击电流时间加长，长时间会影响整流管使用寿命。所以一般选择整流管时ID(AV)＞（2~3） IO(AV) 。 改变RLC会对UO(AV)和S有影响，将UO(AV)和IO(AV)的关系曲线称为输出特性，将S和IO(AV)的关系曲线称为滤波特性，如果RLC越小，UO(AV)越低，则S越大，而加大C可使滤波效果和负载能力增强，但 C不能无限增大。 所以电容滤波形式电路一般适用于输出电流较小且负载变化不大的场合。 电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。 u2 u1 RL L uo 二、电感滤波电路 电感滤波原理 对谐波分量: f 越高，XL 越大,电压大部分降在XL上。 因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。 Uo(AV)≈0.9U2 当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压: u2 u1 RL L uo 对直流分量: XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上 三、其他形式的滤波电路 改善滤波特性的方法：采取多级滤波。如： L-C 型滤波电路：在电感滤波