电容器平滑处理：半波整流器和全波整流器操作的比较

在电源中，无论是线性电源还是使用交流电源和二极管整流器的开关模式电源，在应用于任何稳压器或其他类似电子电路之前，通常使用储能电容器对原始整流输出进行平滑处理。

铝电解电容器是用作平滑电容器的理想选择，因为许多电解电容器能够提供足够高的电容并承受平滑波形所需的纹波电流水平。

从本质上讲，平滑电路填补了原始整流波形中的主要骤降，以便线性稳压器或开关模式电源电路能够正常工作。

平滑电容器将波形从输入功率波形周期内从零变化到峰值电压的波形更改为电压变化非常小的波形。从本质上讲，它们平滑了波形，这就是名称的由来。

由于平滑电容器用于线性稳压电源和开关模式电源，因此它们构成了许多此类电子电路的重要组成部分。

电容平滑用于大多数类型的电源，无论是线性稳压电源、开关模式电源，还是只是平滑和非稳压形式的电源。

二极管整流器本身提供的原始直流电由一系列半正弦波组成，其电压在 RMS 电压的 0 到 √2 倍之间变化（忽略任何二极管和其他损耗）。

这种性质的波形对于为电路供电没有任何用处，因为任何模拟电路都会在输出上叠加巨大的纹波水平，并且任何数字电路都无法工作，因为电源每半个周期就会被移除。

电容平滑使线性稳压电源或开关模式电源的以下阶段能够正常工作。

为了平滑整流器的输出，使用了一个储能电容器 - 放置在念珠的输出端并与负载并联。

平滑之所以有效，是因为当整流器的电压上升到电容器的电压以上时，电容器就会充电，然后当整流器电压下降时，电容器会从其存储的电荷中提供所需的电流。

带平滑电容的全波整流器

这样，电容器能够在整流器不可用时提供电荷，因此电压变化比没有电容器时要小得多。

电容器平滑不会提供总电压稳定性，电压总会有一些变化。事实上，电容的值越高，平滑越大，消耗的电流越少，平滑越好。

储能电容器的平滑作用

应该记住，除了内部泄漏之外，电容器放电的唯一途径是通过负载到整流器/平滑系统。二极管可防止通过变压器等的回流。

需要记住的另一点是，电容器平滑不会提供任何形式的调节，电压会根据负载和任何输入变化而变化。

电压调节可由线性稳压器或开关模式电源提供。

半波和全波整流

可以使用半波或全波整流器系统。对于半波整流，一半的波形被阻挡而不使用。这意味着波形由一系列间隔为半波形的半波形组成。

半波整流器和全波整流器操作的比较

全波整流利用波形的两半，并且在没有提供电压的情况下没有大的间隙。

使用全波整流不仅效率更高，而且由于波形峰值之间的间隙较小，因此还可以实现更好的平滑。

全波整流器可实现更好的平滑

在可能的情况下，全波整流总是可取的，因为它可以实现更好的平滑。

也可以看出，半波整流器输出的基本波形频率与输入频率相同。对于全波整流器，它是两倍的，因为使用了波形的后半部分，并且峰值出现在输入频率的两倍处。

平滑电容值

电容器值的选择需要满足许多要求。在第一种情况下，必须选择该值，使其时间常数远远长于整流波形的连续峰值之间的时间间隔：

其中：

R负荷= 电源

负载的总电阻 C = 电容值（法拉

） f = 纹波频率 - 这将是使用全波整流器的线路频率的两倍。

平滑电容纹波电压

由于使用平滑电容器电路的整流器输出端总会有一些纹波，因此有必要能够估计近似值。过高地指定电容器会增加额外的成本、尺寸和重量，而过低的规格则会导致性能不佳。

电源上平滑电容输出的峰峰值纹波（全波）

上图显示了具有电容平滑功能的全波整流器的纹波。如果使用半波整流器，则将缺少一半的峰值，纹波大约是电压的两倍。

对于纹波与电源电压相比较小的情况（几乎总是如此），可以根据对电路条件的了解来计算纹波：

全波整流器

半波整流器

这些方程式提供了足够的精度。虽然纯阻性负载的电容放电是指数级的，但对于低纹波值，线性近似引入的误差非常小。

还值得记住的是，稳压器的输入不是纯电阻负载，而是恒流负载。最后，用于整流器平滑电路的电解电容器的容差很大，最多±20%，这将掩盖方程中假设引入的任何不准确之处。

纹波电流

电容器的两个主要规格是其电容和工作电压。然而，对于可能有大电流流动的应用，例如整流器平滑电容器，第三个参数很重要 - 其最大纹波电流。

纹波电流不仅等于电源电流。有两种情况：

电容放电电流：在放电循环中，当整流器电路的输出降至零时，电容器提供的最大电流就会出现。此时，来自电路的所有电流均由电容器提供。这等于电路的全部电流。

电容器在放电阶段提供的峰值电流

电容充电电流：在平滑电容器的充电周期中，电容器需要补充所有损失的电荷，但只有当整流器的电压超过平滑电容器的电压时才能实现这一点。这只发生在周期的短时间内。因此，这一时期的电流要高得多。电容器越大，纹波降低效果越好，充电周期越短。

较短的充电时间会产生非常大的峰值电流水平，因为平滑电容器需要在很短的时间内吸收足够的电荷用于放电周期。

电源电容器充电的时间

Pi 截面平滑网络

在某些应用中，不会使用线性稳压器，可能需要改进的平滑形式。这可以通过使用两个电容器和一个串联电感器或电阻器来提供。

平滑电源方法用于一些高压系统和其他一些专业领域，但它并不像线性稳压电源和开关模式电源那样普遍，后者提供更好的调节和平滑。

这种方法也可以在许多老式无线设备中看到，在这些设备中使用线性稳压电源是不可行的。

Pi 截面平滑滤波器

π截面平滑系统有两种选择。在线路和接地之间有两个电容器，串联元件要么是电感器，要么是电阻器。电感器的成本更高，性能更好，但电阻器是一个更便宜的选择，尽管它确实消耗了更多的功率。

平滑电容器是线性电源和开关电源的基本元件，因此它们被广泛使用。

在为电源中的平滑应用选择储能电容器时，电容值不仅对于降低所需的纹波电压很重要，而且确保不超过电容器纹波电流额定值也非常重要。如果消耗过多的电流，电容器会发热并缩短其预期寿命，或者在极端情况下可能会发生故障，有时甚至是灾难性的。

审核编辑：黄飞