单相桥式整流与复合滤波电路设计

整流电路虽然能把交流电转换为直流电，但是输出的都是脉动直流电，其中仍含有很大的交流成分，称为纹波。为了得到平滑的直流电，必须滤除整流电压中的纹波，这一过程称为滤波。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波、复式滤波及有源滤波电路。这里仅讨论电容滤波和电感滤波电路。

1.电容滤波电路

电容滤波电路是最简单的滤波器，它是在整流电路的负载上并联一个电容C。电容一般采用带有正负极性的大容量电容器，如电解电容、钽电容等，电路形式如图6-4所示。

图6-4　桥式整流电容滤波电路及波形

（1）滤波原理。

电容滤波是通过电容器的充电、放电来滤掉交流分量的。当u2为正半周并且数值大于电容两端电压uC时，二极管V1和V3管导通，V2和V4管截止，电流一路流经负载电阻RL，另一路对电容C充电。当uC＞u2，导致V1和V3管反向偏置而截止时，电容通过负载电阻RL放电，uC按指数规律缓慢下降。当u2为负半周且其幅值变化到恰好大于uC时，V2和V4因加正向电压变为导通状态，u2再次对C充电，uC上升到u2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时V2和V4变为截止，C对RL放电，uC按指数规律下降；放电到一定数值时V1和V3变为导通，重复上述过程。由波形可见，桥式整流接电容滤波后，输出电压的脉动程度大为减小。

（2）Uo的大小与元件的选择。

电容充电时间常数为τ1=rC（r为二极管正向电阻），由于r值较小，所以充电速度快；放电时间常数为τ2=RLC，由于RL值较大，所以放电速度慢。RLC愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大。

当负载RL开路时，τ2无穷大，电容C无放电回路，Uo达到最大，即；若RL很小，则输出电压几乎与无滤波时相同。因此，电容滤波器输出电压在范围内波动，在工程上一般采用经验公式估算其大小：

半波整流（有电容滤波）Uo=U2

全波整流（有电容滤波）Uo=1.2U2

为了获得比较平滑的输出电压，一般要求RLC≥（3～5）T 2，式中T为交流电源的周期。

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。

关于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毫法，电容器耐压考虑电网电压10%波动应大于。

【例6-1】需要一单相桥式整流电容滤波电路，电路如图6-5所示。交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=120 Ω，要求直流电压Uo=30 V，试选择整流元件及滤波电容。

图6-5　例6-1图

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解：（1）选择整流二极管。

① 流过二极管的平均电流

由于Uo=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2CZ11A（IRM=1000 mA，URM=100 V ）整流二极管4个。

（2）选择滤波电容C。

取，而 ，所以；耐压值，可以选用C=500 μF、耐压值为50 V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，但电路的带负载能力不强，因此，电容滤波通常适合在电流小且变动不大的电子设备中使用。

2.电感滤波电路

电感滤波电路利用电感器两端的电流不能突变的特点，把电感器与负载串联起来，以达到使输出电流平滑的目的。从能量的观点看，当电源提供的电流增大（由电源电压增加引起）时，电感器L把能量存储起来；而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流平滑，所以电感L有平波作用。电感滤波适用于负载电流较大的场合。它的缺点是制作复杂、体积大、笨重且存在电磁干扰。电感滤波电路如图6-6所示。

图6-6　桥式整流电感滤波电路

3.复合滤波电路

当单独使用电容或电感进行滤波，效果仍不理想时，可采用复合滤波电路。复合滤波电路如图6-7所示。

图6-7　复合滤波电路