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(yùn)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(shí)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(shí)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(shí)際效果就越高。而R值擴(kuò)大時(shí)，電阻器上的直流電損耗會擴(kuò)大，那樣就擴(kuò)大了直流穩(wěn)壓電源的內(nèi)部耗損；若擴(kuò)大C2的容量，又會擴(kuò)大電力電容器的容積和凈重，完成起來都不實(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(diǎn)，在整流電路的負(fù)載回路中串聯(lián)一個(gè)電感，使輸出電流波形較為平滑。因?yàn)殡姼袑χ绷鞯淖杩剐?，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(diǎn)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(diǎn)，當(dāng)輸出電流發(fā)生變化時(shí)，L中將感應(yīng)出一個(gè)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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(gè)二極管D1、D3；D2、D4的導(dǎo)電角θ都是180°，這一點(diǎn)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(gè)半個(gè)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(shí)，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(shí)IO（AV）可用下式計(jì)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(shí)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(shí)電容電壓uC為零。接入電源后，當(dāng)u2在正半周時(shí)，通過D1、D3向電容器C充電；當(dāng)在u2的負(fù)半周時(shí)，通過D2、D4向電容器C充電，充電時(shí)間常數(shù)為

（a）電路圖（b）波形圖

圖4空載時(shí)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(shí)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(shí)，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(gè)恒定值。實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)刻，即達(dá)到u290°峰值 時(shí)，u2開始以正弦規(guī)律下降，此時(shí)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(shí)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(diǎn)，例如圖5(b)中的t2時(shí)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(gè)半周的正弦波來到，u2再次超過uC，如圖 5(b)中的t3時(shí)刻，二極管重又導(dǎo)電。

以上過程電容器的放電時(shí)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(shí)橋式整流濾波電路

以 上濾波電路都有一個(gè)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(gè)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(gè)電路叫軟起動電路。這種電路缺點(diǎn)是：斷電后，在熱時(shí)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(shí)電壓為何升高？這是因?yàn)榧由蠟V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(jì)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。