电容滤波电路详解

现以单相桥式整流电容滤波电路为例来说明。电容滤波电路如图10-4a所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。

图10-4 桥式整流电容滤波电路

a）桥式整流电容滤波电路 b）理想情况下输出电压波形图 c）考虑整流电路内阻时的输出电压波形

当u₂处于正半周时，二极管VD₁、VD₃导通，电容初始电压为零，变压器二次电压u₂通过VD₁和VD₃给电容器C充电。忽略变压器二次绕组的直流电阻和二极管正向导通电压，电容C充电到u₂的最大值2U₂，电容C两端电压u_C（u_C=u_O）从零开始增大到2U₂。此时C相当于并联在u₂上，所以输出波形同u₂，是正弦波，如图10-4b中所示曲线的ab段。

当u₂到达峰值2U₂后开始下降。电容C向负载R_L放电，其电压u_C也开始下降，u_C波形与u₂基本相同，如图10-4b中所示曲线的bc段。由于电容按指数规律放电，在达到图10-4b中c点后，u₂正弦曲线下降的速率越来越快而超过u_C的下降速率，使u_C大于u₂，则二极管VD₁和VD₃关断。此后，电容C继续向负载R_L放电，u_C按指数曲线缓慢下降，如图10-4b中所示曲线的cd段。

当u₂的负半周幅值变化到恰好大于u_C时，VD₂和VD₄导通，u₂再次对电容C充电，u_C上升到u₂的峰值后又开始下降；u_C下降到一定数值时，VD₂和VD₄变为截止，电容C向负载R_L放电，其电压u_C按指数规律下降；放电到一定数值时VD₁和VD₃导通，重复上述过程。

若考虑变压器二次绕组的直流电阻和二极管的正向电阻，则波形如图10-4c所示，阴影部分为整流电路内阻上的压降。电容充电时，充电时间常数_c=R_intC，其中，R_int包括变压器二次绕组的直流电阻和二极管的正向电阻，数值很小，因而充电时间常数_c很小。电容放电时，放电时间常数_d=R_LC。一般情况下，_d＞＞_c，因此，滤波效果取决于放电时间。电容容量越大，负载电阻越大，滤波效果越好，输出电压波形越趋于平滑，输出电压平均值也越高。当电容容量一定时，若负载电阻R_L减小，则放电时间常数减小，放电速度加快，输出电压平均值下降，且输出电压脉动变大。

工程上一般采用经验公式估算输出电压平均值U_O（AV）的大小，即

为了达到式（10-19）的取值关系，获得较好的滤波效果，一般要求放电时间常数满足：

式中，T电源交流电压的周期。

对于单相桥式整流电路而言，无论有无滤波电容，二极管的最高反向工作电压都是2U₂。滤波电容值的选取应视负载电流的大小而定，一般在几十微法到几千微法，电容器耐压值应大于输出电压的最大值。通常采用极性电容器。表10-2列出了常用小功率直流电源中滤波电容的经验取值。

表10-2 小功率直流电源中滤波电容经验取值

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【例10-2】需要一单相桥式整流电容滤波电路，电路如图10-4a所示。交流电源频率f=50Hz，负载电阻R_L=120Ω，要求输出电压平均值U_O（AV）=30V，试选择整流元件及滤波电容。

解：（1）选择整流二极管

①流过二极管的平均电流

由U_O=1.2U₂，所以交流电压有效值

②二极管承受的最高反向工作电压

可以选用4个2CZ11A（I_Rmax=1000mA，U_Rmax=100V）整流二极管。

（2）选择滤波电容C

取，而，所以

可以选用C=500μF，耐压值为50V的电解电容器。

电容滤波电路结构简单，输出电压较高，脉动较小，但电路的带载能力不强，因此，电容滤波通常适合在小电流，且变动不大的电子设备中使用。