桥式整流电容滤波电路的输出电压的算法

电子常识

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描述

  桥式整流滤波电路:

  整流电路将交流电压变换成单向脉动的电压,为了改善电压的脉动程度,得到较平直的直流电压,以满足电子设备的需要,常在整流电路输出端接上滤波电路。

  滤波电路主要由电容、电感元件组成,从本篇的电容滤波电路开始,分三篇分别介绍这几种滤波电路。如下图所示,在桥式整流电路负载两端并联一个电容器C,利用电容C的充放电作用,可以使负载上得到的电压较为平直。

  电容滤波电路

  当输入电压u2u2正半周时,如果u2》uCu2》uC,二极管VD1、VD3导通(参看《二极管单相整流电路:桥式整流工作原理及桥式整流组件(硅堆)》的单相桥式整流电路图),电流流过负载RLRL的同时,也对电容C充电,忽略二极管的正向管压降,电容C两端的电压uCuC和输入电压u2u2相同,并充电到最大值2√u22u2,当u2u2按正弦规律连续下降时,在接负载RLRL的情况下,开始时uCuC也是按u2u2的规律下降;但是,由于u2u2的下降速度大于uCuC的下降速度,所以下降到u2《uCu2《uC时,VD1、VD3处于反向偏置截止,而电容c开始向负载RLRL放电,即uCuC按指数规律下降。

  当输入电压u2u2的负半周变化到|u2|》uC|u2|》uC时,如上图,VD2、VD4开始导通,此时电容C放电停止,u2u2重新对电容充电,使uCuC按正弦规律充电到最大值2√u22u2,然后u2u2下降到|u2|《uC|u2|《uC时,VD2、VD4截止,电容C又开始向负载RLRL放电,此时uCuC按指数规律下降。如此作周期性重复,故电容器两端的电压uCuC,即负载电压uouo变得比较平直。

  电容滤波电路

  由以上分析可知,桥式整流电路加电容滤波后,输出电压的脉动成分减小,同时也使平均值UoUo。得到提高,UoUo的大小取决于负载RLRL和电容C的乘积,即电容放电时间常数RLCRLC。放电时间常数越大,电容放电越慢,输出电压波形越平直,平均值越接近2√u22u2。

  在电容滤波电路中,一般取时间常数为:
       RLC⩾(3 5)T/2RLC⩾(3 5)T/2

  式中:T——交流电压的周期(S)。此时,桥式整流电容滤波的输出电压…。约为:

  Uo=(1.1 1.2)U2Uo=(1.1 1.2)U2
       若输出平均电压Uo⩽24VUo⩽24V,则按下表的经验数据选择滤波电容的电容值。

  电容滤波电路

  电容滤波是利用电容的充放电作用,提高了输出电压的平均值,电路也较为简单,但其缺点是输出电压随负载RLRL的大小而变化。因此,这种滤波电路适用于负载变化不大且要求输出电压较高的场合。滤波电容一般使用有极性的电解电容器,其耐压应大于2√u22u2。

  桥式整流加电容滤波后,二极管承受的反向电压最大值仍是2√u22u2。因为通过二极管的电流iViV的平均值等于负载电流的平均值,而二极管导通的时间缩短了,因此iViV的峰值电流必然较大,另外在电源刚合上时,电容充电电流最大,这冲击电流流过二极管可能会使其损坏。所以选择二极管时,应考虑这些因素。

  桥式整流电容滤波电路的输出电压的算法:

  我国供电,整流输出直流电压是输入交流电压的倍数(无滤波):

  三相半波整流:1.17。

  三相桥式整流:2.34。

  单相半波整流:0.45.

  单相全波和桥式整流:0.9。

  电容滤波空载电压是交流的1.4。

  对于整流电压的输出电压大小,大家一定不陌生。很多人会说,输出平均值全波0.9倍,半波0.45倍的交流有效。但是在设计中,我们常常发现一个事实,例如在半波整流后,输出电压得到的不止0.45倍,9V交流整流后可能有11~12V。之前我一直很困惑,是我记错了计算倍数吗?翻了很多书籍,公式当然是没错的。那到底怎么回事?

  可能之前我们在学校学这个方面知识点的时候太过注重整流电路,而忽略了脉动比的概念,所以造成我们现在很多人对这一简单的知识不是很清晰。其实这里是由于整流电路后面接的滤波电容有关的,查阅模电知识我们即可了解到,整流后往往会加滤波稳压,而滤波电路会改变整流输出的脉动比,并且和负载有关。因此最终整流后得到的电压除了跟整流方式有关,还和负载、滤波电容大小有关系。RL*C的数值直接影响输出电压的大小。因此滤波电容选择其实不是随意的,而是需要根据负载选取合适的值。

  接入滤波电路后,输出电压平均值近似取值为1.2倍,负载开路取1.414倍。 RC=(3-5)T/2 来确定电容容量选择。其中T表示电网周期。

  电容滤波电路适用于负载电流较小情况,而电感滤波电路适用于大负载电流。(电流较大时R较小,C较难选择)

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