開關(guān)電源低通濾波器

逆變電路的輸出電壓并不是單純的直流電，從數(shù)字示波器觀查逆變電路的輸出,，與直流電相距非常大,，波型中帶有很大的脈動飲料成份，稱之為諧波失真,。為得到 較為理想化的交流電壓,，必須 運用具備儲能技術(shù)功效的電抵抗性元器件（如電容器、電感器）構(gòu)成的低通濾波器來濾掉逆變電路輸出電壓中的脈動飲料成份以得到 交流電壓,。

常見的低通濾波器有沒有源過濾和有源濾波器兩類,。微波感應(yīng)器過濾的關(guān)鍵方式有電容濾波、電感器過濾和小復(fù)式過濾(包含倒L型,、LC過濾,、LCπ型過濾和RCπ型過濾等)。有源濾波器的關(guān)鍵方式是數(shù)字功放RC過濾,，也稱之為電子器件過濾器,。直流電源中的脈動飲料成份的尺寸用脈動飲料指數(shù)來表明，此值越大,，則過濾器的過濾實際效果越差,。

脈動飲料指數(shù)(S)=輸出電壓溝通交流份量的基波最高值／輸出電壓的直流電份量

半波整流輸出電壓的脈動飲料指數(shù)為S=1．57，全波整流和橋式整流的輸出電壓的脈動飲料指數(shù)S≈O．67,。針對全波和橋式整流電源電路選用C型低通濾波器后,，其脈動飲料指數(shù)S=1／(4(RLC／T-1)。(T為整流器輸出的直流電脈動飲料工作電壓的周期時間,。)

電阻器低通濾波器

RC-π型低通濾波器,，本質(zhì)上是在電容濾波的基本上加上一級RC低通濾波器構(gòu)成的,。如圖所示1(B)RC低通濾波器。若用S表明C一兩直流電壓的脈動飲料指數(shù),，則輸出電壓兩邊的脈動飲料指數(shù)S=(1/ωC2R)S,。

由剖析得知，電阻器R的功效是將殘留的諧波失真工作電壓著陸在電阻器兩邊,，最終由C2再旁通掉,。在ω值一定的狀況下，R愈大,，C2愈大,，則脈動飲料指數(shù)越小，也就是過濾實際效果就越高,。而R值擴大時,，電阻器上的直流電損耗會擴大，那樣就擴大了直流穩(wěn)壓電源的內(nèi)部耗損,；若擴大C2的容量,，又會擴大電力電容器的容積和凈重，完成起來都不實際,。這類電源電路一般用以負(fù)荷電流量較為小的場所.

電感器低通濾波器

依據(jù)電抵抗性元器件對交,、直流電特性阻抗的不一樣，由電容器C及電感器L所構(gòu)成的低通濾波器的基本上方式如圖所示1所顯示,。由于電力電容器C對直流電引路,，對溝通交流特性阻抗小，因此C串聯(lián)在負(fù)荷兩邊,。電感L對直流電特性阻抗小,，對溝通交流特性阻抗大，因而L應(yīng)與負(fù)荷串連,。

（A）電容濾波（B）C-R-C或RC-π型電阻濾波脈動系數(shù)S=(1/ωC2R')S'

（C）L-C電感濾波（D）π型濾波或叫C-L-C濾波

圖1無源濾波電路的基本形式

并 聯(lián)的電容器C在輸入電壓升高時,，給電容器充電，可把部分能量存儲在電容器中,。而當(dāng)輸入電壓降低時，電容兩端電壓以指數(shù)規(guī)律放電,，就可以把存儲的能量釋放出 來,。經(jīng)過濾波電路向負(fù)載放電，負(fù)載上得到的輸出電壓就比較平滑,，起到了平波作用,。若采用電感濾波，當(dāng)輸入電壓增高時,，與負(fù)載串聯(lián)的電感L中的電流增加,，因 此電感L將存儲部分磁場能量,，當(dāng)電流減小時，又將能量釋放出來,，使負(fù)載電流變得平滑,，因此，電感L也有平波作用,。

利用儲能元件電感器L的電流不能突變的特點,，在整流電路的負(fù)載回路中串聯(lián)一個電感，使輸出電流波形較為平滑,。因為電感對直流的阻抗小,，交流的阻抗大，因此能夠得到較好的濾波效果而直流損失小,。電感濾波缺點是體積大,成本高.

橋式整流電感濾波電路如圖2所示,。電感濾波的波形圖如圖2所示。根據(jù)電感的特點,，當(dāng)輸出電流發(fā)生變化時,，L中將感應(yīng)出一個反電勢，使整流管的導(dǎo)電角增大,，其方向?qū)⒆柚闺娏靼l(fā)生變化,。

圖2電感濾波電路

在 橋式整流電路中，當(dāng)u2正半周時,，D1,、D3導(dǎo)電，電感中的電流將滯后u2不到90°,。當(dāng)u2超過90°后開始下降,，電感上的反電勢有助于D1、D3繼續(xù) 導(dǎo)電,。當(dāng)u2處于負(fù)半周時,，D2、D4導(dǎo)電,，變壓器副邊電壓全部加到D1,、D3兩端，致使D1,、D3反偏而截止,，此時，電感中的電流將經(jīng)由D2,、D4提 供,。由于橋式電路的對稱性和電感中電流的連續(xù)性，四個二極管D1,、D3,；D2,、D4的導(dǎo)電角θ都是180°，這一點與電容濾波電路不同,。

圖3電感濾波電路波形圖

已知橋式整流電路二極管的導(dǎo)通角是180°,，整流輸出電壓是半個半個正弦波，其平均值約為,。電感濾波電路,，二極管的導(dǎo)通角也是180°，當(dāng)忽略電感器L的電阻時,，負(fù)載上輸出的電壓平均值也是,。如果考慮濾波電感的直流電阻R，則電感濾波電路輸出的電壓平均值為

要注意電感濾波電路的電流必須要足夠大,，即RL不能太大,，應(yīng)滿足wL>>RL，此時IO（AV）可用下式計算

由 于電感的直流電阻小,，交流阻抗很大,，因此直流分量經(jīng)過電感后的損失很小，但是對于交流分量,，在wL和上分壓后,，很大一部分交流分量降落在電感上，因而降低 了輸出電壓中的脈動成分,。電感L愈大,，RL愈小，則濾波效果愈好,，所以電感濾波適用于負(fù)載電流比較大且變化比較大的場合,。采用電感濾波以后，延長了整流管 的導(dǎo)電角,，從而避免了過大的沖擊電流,。

電容濾波原理詳解

1．空載時的情況

當(dāng)電路采用電容濾波，輸出端空載,，如圖4(a)所示,，設(shè)初始時電容電壓uC為零。接入電源后,，當(dāng)u2在正半周時,，通過D1、D3向電容器C充電,；當(dāng)在u2的負(fù)半周時，通過D2,、D4向電容器C充電,，充電時間常數(shù)為

（a）電路圖（b）波形圖

圖4空載時橋式整流電容濾波電路

式 中包括變壓器副邊繞組的直流電阻和二極管的正向?qū)娮?。由于一般很小，電容器很快就充到交流電壓u2的最大值,，如波形圖2（b）的時刻,。此后，u2開始 下降,，由于電路輸出端沒接負(fù)載,，電容器沒有放電回路，所以電容電壓值uC不變,，此時,，uC＞u2，二極管兩端承受反向電壓,，處于截止?fàn)顟B(tài),，電路的輸出電 壓，電路輸出維持一個恒定值,。實際上電路總要帶一定的負(fù)載,，有負(fù)載的情況如下。

2．帶載時的情況

圖5給出了電容濾波電路在帶電阻 負(fù)載后的工作情況,。接通交流電源后,，二極管導(dǎo)通，整流電源同時向電容充電和向負(fù)載提供電流,輸出電壓的波形是正弦形,。在時刻,，即達(dá)到u290°峰值 時，u2開始以正弦規(guī)律下降,，此時二極管是否關(guān)斷,，取決于二極管承受的是正向電壓還是反向電壓。

先設(shè)達(dá)到90°后,，二極管關(guān)斷,，那么只有濾波電容 以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載放電，從而維持一定的負(fù)載電流,。但是90°后指數(shù)規(guī)律下降的速率快,，而正弦波下降的速率小，所以超過90°以后有一段時間二極管仍然承受 正向電壓,，二極管導(dǎo)通,。隨著u2的下降，正弦波的下降速率越來越快,，uC的下降速率越來越慢,。

所以在超過90°后的某一點，例如圖5(b)中的t2時刻,， 二極管開始承受反向電壓,，二極管關(guān)斷,。此后只有電容器C向負(fù)載以指數(shù)規(guī)律放電的形式提供電流，直至下一個半周的正弦波來到,，u2再次超過uC,，如圖 5(b)中的t3時刻，二極管重又導(dǎo)電,。

以上過程電容器的放電時間常數(shù)為

電容濾波一般負(fù)載電流較小,，可以滿足td較大的條件，所以輸出電壓波形的放電段比較平緩,，紋波較小,，輸出脈動系數(shù)S小，輸出平均電壓UO(AV)大,，具有較好的濾波特性,。

（a）電路圖（b）波形圖

圖5帶載時橋式整流濾波電路

以 上濾波電路都有一個共性,那就是需要很大的電容容量才能滿足要求,這樣一來大容量電容在加電瞬間很有很大的短路電流,這個電流對整流二極管,變壓器沖擊很 大,所以現(xiàn)在一般的做法是在整流前加一的功率型NTC熱敏電阻來維持平衡,因NTC熱敏電阻在常溫下電阻很大,加電后隨著溫度升高，電阻阻值迅速減小,這 個電路叫軟起動電路,。這種電路缺點是：斷電后,，在熱時間常數(shù)內(nèi)，NTC熱敏電阻沒有恢復(fù)到零功率電阻值,，所以不宜頻繁的開啟,。

為什么整流后加上濾波電容在不帶負(fù)載時電壓為何升高？這是因為加上濾波測得的電壓是含有脈動成分的峰值電壓,，加上負(fù)載后就是平均值,，計算：峰值電壓=1.414×理論輸出電壓

有源濾波-電子電路濾波

電 阻濾波本身有很多矛盾,電感濾波成本又高,故一般線路常采用有源濾波電路,電路如圖6。它是由C1,、R,、C2組成的π型RC濾波電路與有源器件晶體管T組 成的射極輸出器連接而成的電路。由圖6可知,，流過R的電流IR=IE／(1+β)=IRL／(1+β),。流過電阻R的電流僅為負(fù)載電流的1/(1+β)． 所以可以采用較大的R，與C2配合以獲得較好的濾波效果,，以使C2兩端的電壓的脈動成分減小,，輸出電壓和C2兩端的電壓基本相等，因此輸出電壓的脈動成分 也得到了削減,。

從RL負(fù)載電阻兩端看,，基極回路的濾波元件R、C2折合到射極回路,，相當(dāng)于R減小了(1+β)倍,，而C2增大了(1+β) 倍。這樣所需的電容C2只是一般RCπ型濾波器所需電容的1／β，比如晶體管的直流放大系數(shù)β=50,，如果用一般RCπ型濾波器所需電容容量為 1000μF,，如采用電子濾波器，那么電容只需要20μF就滿足要求了,。采用此電路可以選擇較大的電阻和較小的電容而達(dá)到同樣的濾波效果，因此被廣泛地用 于一些小型電子設(shè)備的電源之中,。