12.3 滤波电路
12.3 滤波电路
整流电路可以将交流电转换为直流电，但脉动较大，在某些应用中如电镀、蓄电池充电等可直接使用脉动直流电源。但许多电子设备需要平稳的直流电源。这种电源中的整流电路后面还需加滤波电路将交流成分滤除，以得到比较平滑的输出电压。滤波通常是利用电容或电感的能量存储功能来实现的。
12.3.1 电容滤波电路
图12-9是桥式整流电容滤波电路。
图12-9 桥式整流电容滤波电路
1．空载时的情况
空载时RL→∞，设电容C两端的初始电压uC为零。接入交流电源后，当u2为正半周时，VD1、VD2导通，则u2通过VD1、VD2对电容充电；当u2为负半周时，VD3、VD4导通，u2通过VD3、VD4对电容充电。由于充电回路等效电阻很小，所以充电很快，电容C迅速被充到交流电压u2的最大值
。此时二极管的正向电压始终小于或等于零，故二极管均截止，电容不可能放电，故输出电压Uo恒为
，其波形如图12-10（d）所示。
图12-10 电路波形图
2．带电阻负载时的情况
（1）电容滤波以后，输出直流电压提高了，同时输出电压的脉动成分也降低了，而且输出直流电压与放电时间常数有关。图12-11为RLC对电容滤波的影响。
（2）电容滤波的输出电压UO随输出电流IO而变化，如图12-12所示。
图12-11 RLC对电容滤波的影响 图12-12 电容滤波电路的外特性
一般应选二极管
（12.3.1）
实际工作中按下式选择滤波电容的容量
（12.3.2）
电容滤波整流电路，其输出电压UO在
～0.9U2之间。当满足式（12.3.2）时，可按下式进行估算 
（12.3.3）
脉动系数 
（12.3.4）
12.3.2 电感滤波电路
图12-13是桥式整流电感滤波电路的简化图，利用电感的储能作用或者利用电感对交、直流分量的感抗不同，减少其输出电压的脉动成分，使输出电压变得比较平滑。当忽略了电感L的直流电阻时，负载RL上的直流电压UL(AV)与不加电感滤波电路时的直流电压相同，即UL(AV)约为0.9U2。
图12-13 桥式整流电感滤波电路的简化图
与电容滤波电路相比，电感滤波电路有以下特点：
（1）电感滤波电路的外特性和脉动特性较好。
（2）整流二极管的导通角较大，
，峰值电流较少。
（3）输出电压较低。
电感滤波电路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。
12.3.3 复合滤波电路
为了提高滤波效果，可以把电容、电感、电阻等元件适当组合起来，构成复式滤波电路。常用的有LC滤波器、CLCp型滤波器、CRCp型滤波器等电路形式。
1．L、LC滤波电路
图12-14是L、LC滤波电路。如忽略电感上的压降，则L滤波和LC滤波电路输出的直流电压等于全波整流的输出电压，即
（12.3.5）
（a） （b）
图12-14 L、LC滤波电路
将电感元件与电容元件连起来形成L形的LC滤波电路，见图12-15（b）。LC滤波电路的滤波作用是利用电感对交流电流的阻碍作用和电容对交流电压的短路作用，减少输出的交流分量。因此它综合了电容滤波和电感滤波电路的特点，使输出电压波形更加平滑，具有较好的滤波效果。
（a）CRCp型滤波器
（b）CLCp型滤波器
图12-15 p型滤波器
2．p型滤波器有
p型滤波器有两种不同形式的电路：CRCp型滤波器和CLCp型滤波器，如图12-15所示。
在LC滤波器前再并联一个电容器，即构成了CLCp型滤波器，因3个元件组成滤波器的形状像字母p而得名。脉动电压经过电容C1得滤波后，又经过电感L和C2的滤波，更加有效地滤出了脉动电压中的交流成分，而直流成分的损失很小，因此滤波效果优于LC滤波器。但也同时具有电容滤波器的缺点，对整流二极管的冲击电流较大。
由于电感绕组体积大、成本高，故用一个小电阻R代替电感，构成CRCp型滤波器。电阻元件不同于电感，对通过的交、直流产生同样大的压降、LC、CLCp型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压脉动较小的场合。在负载较轻时，经常采用电阻替代笨重的电感，构成CRCp型滤波电路，同样可以获得脉动很小的输出电压。但电阻对交、直流均有压降和功率损耗，故只适用于负载电流较小的场合。各种滤波性能的比较如表12-1所示。
表12-1 各种滤波器性能比较
|
外特性 序号 |
性能 类型 |
（小电流） |
适用场合 |
整流管的 冲击电流 |
外特性 |
|
1 |
电容滤波 |
≈1.2 |
小电流 |
大 |
|
|
2 |
RC-p型滤波 |
≈1.2 |
小电流 |
大 | |
|
3 |
LC-p型滤波 |
≈1.2 |
小电流 |
大 | |
|
4 |
L滤波 |
0.9 |
大电流 |
小 | |
|
5 |
LC滤波 |
0.9 |
适应性较强 |
小 |
