整流濾波電路原理分析

一、整流電路

整流電路的關(guān)鍵問題是利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒔涣麟妷鹤儞Q成單相脈動電壓。單相整流電路可分半波、全波、橋式、倍壓整流等。由于半波整流電路只在電源的半個周期工作，電源利用率低，輸出波形脈動較大，且電路簡單。

1、全波整流電路

如下圖所示，全波整流是由兩個單相半波整流電路組成的，變壓器的二次線圈的中心抽頭把U2分成兩個大小相等，方向相反的U21和U22

圖1 全波與橋式整流電路

工作原理：在正弦交流電源的正半周，VD1正向?qū)ǎ琕D2反向截至，電流經(jīng)VD1，負載電阻RL回到變壓器中心抽頭0點，構(gòu)成回路，負載得到半波整流電壓和電流。

同理，在電源的負半周，VD2導(dǎo)通，VD1截止。電流經(jīng)VD2，RL流回到變壓器中心抽頭0點，負載RL又得到半波電壓和電流。在負載上得到的電壓和電流波形圖見圖2a。

電路一直重復(fù)上述過程，由此可見，全波整流電路的兩只二極管VD1，VD2是輪流工作的。

2、橋式整流電路

如上圖b）所示，單相橋式整流電路由電源變壓器T，整流二極管VD1.VD2.VD3,VD4和負載電阻RL組成。與全波整流電路一樣，變壓器將電網(wǎng)交流電壓變換成整流電路所需的交流電壓，設(shè)

當(dāng)電源電壓處于U2的正半周時，變壓器二次繞組的a端電位高于b端電位，VD1，VD3在正向電壓作用下導(dǎo)通，VD2和VD4在反向電壓作用下截止，電流從變壓器二次繞組的a端出發(fā)，經(jīng)VD1，RL,VD3，由b端返回構(gòu)成通路。由電流通過負載電阻RL，輸出電壓Uo=U2..。

相同原理可以分析電源電壓處于負半周的情況。

在交流電壓的整個周期內(nèi)，整流器件在正負半周內(nèi)各導(dǎo)通一次，負載電阻始終有電流通過，并且保持為同一方向，得到兩個半波電壓和電流，如圖2b所示。所以橋式整流也是一種全波整流電路

圖2 全波與橋式整流電壓電流波形圖

二、濾波電路

整流電路可以使交流電轉(zhuǎn)換為脈動直流電，這種脈動直流電不僅包含直流分量，還有交流分量。但是需要的是直流分量，因此必須把脈動直流中的交流分量去掉。從阻抗觀點看，電感線圈的直流電阻很小，而交流阻抗很大；電容器的直流電阻很大，交流電阻很小。如果組合起來就能很好地濾除交流分量。這種組合就是濾波器。常用的濾波電路有以下幾種形式。

1、電容濾波電路

如下圖就是電容濾波電路，即在負載兩端并聯(lián)一只電容。

工作原理：利用電容兩端電壓不能突變的特性，當(dāng)二級管導(dǎo)通時，一方面給負載供電，另一方面對電容充電。充電到一定程度，電容開始經(jīng)過負載電阻放電。放電速度較慢，會持續(xù)到交流電的負半周，然后再重復(fù)上述過程。

輸出電壓的大小和脈動程度與放電時間常數(shù)有關(guān)。

橋式整流電容濾波后，輸出電壓Uo=（1.1~1.4）U2.。濾波電容選用幾十微法以上的電解電容，要注意其耐壓值應(yīng)高于1.4倍U2.。

2、電感濾波電路

如果要求負載電流較大時，輸出電壓仍較平穩(wěn)，則采用電感濾波電路。如下圖所示。

電感線圈上的直流阻抗很小，所以脈動直流電壓中的直流分量很容易通過電感線圈，幾乎全部到達負載電阻RL，而電感對交流的阻抗很大，所以脈動電壓中的交流分量很難通過電感線圈。由于電感和負載電阻串聯(lián)，對交流分量可看成一個分壓器，如果電感的感抗比負載電阻大很多，那么交流分量將大部分降在電感上，這樣就可以將脈動較大的直流輸出變?yōu)檩^平穩(wěn)的直流輸出。濾波后的波形見下圖。

如果負載電阻一定，電感越大，輸出電壓波動越小，濾波效果越好。所以電感濾波一般用于負載變動較大，負載平均電流較大的場合。

3、復(fù)式濾波器

通過電容濾波或電感濾波，直流輸出仍有或多或少的波動。在要求較高的場合，為得到更加平滑的直流，可采用復(fù)式濾波器。

1）LC濾波器

電容濾波適用于負載較大的情況，電感濾波適用于負載較小的情況，如果把這兩種電路組合起來，就構(gòu)成了下圖中a所示的濾波器，它對于一般負載都可適用。

LC濾波電路中，脈動電壓經(jīng)過雙重濾波，使交流分量大部分被電感阻止，即使有小部分通過電感，還要經(jīng)過電容的濾波作用而使交流旁路。因此負載上的交流分量很小，從而達到濾除交流的目的。

2）

整流濾波電路原理分析

如下圖b所示，該濾波器由電容濾波器和LC濾波器組合而成，濾波過程為：交流電流整流后先經(jīng)電容濾波，然后再經(jīng)LC濾波，所以該電路性能比LC濾波和電容濾波都要優(yōu)越，獲得的電壓更加平滑

3）RC濾波器

如果負載電流不大，為減輕重量、降低成本、縮小體積，可以將上述兩個復(fù)式濾波器上的電感用一只電阻來代替，組成下圖所示兩種濾波器。

RC濾波器中，電阻大濾波效果好，但電阻上壓降損失也大。一般在小電流場合，電阻通常取值幾十到幾百歐姆，電容取200到500微法

整流后需加濾波電容，濾波電容的容量根據(jù)用電負荷大小選取，通常選幾十到幾百微法，要寫要求較高的直流電源，還需增設(shè)集成穩(wěn)壓器進行穩(wěn)壓。

濾波電容容量與負載電路的關(guān)系見下圖。可根據(jù)輸出電流選擇濾波電容大小。

還要確定電容的耐壓值，耐壓值過低，會因過電壓擊穿電容，耐壓值過大，會增加體積和成本。可按下式選擇電容的耐壓值。

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