整流滤波电容-设计与选用方法解析

整流滤波电容-设计与选用方法解析

摘要: 整流滤波电路是直流稳压电源设备中常用电路，其中滤波电容的设计选取，直接影响到纹波电压的大小，关系到输出直流电压的质量。本文通过在设定条件下，依据整流滤波电路原理，阐述了纹渡电压产生的过程，给出了一种滤波电容设计与选取计算方法，建立了电容选取的计算模型，描绘出了纹波电压、负载电阻与滤波电容之间关系曲线，并通过实验验证其科学性，有利于滤波电容的设计与选用。

关键词: 整流电路; 滤波电路; 滤波电容; 纹波电压

整流滤波电路是直流稳压电源设备原理电路的重要组成部分，具有把交流电压转换成直流电压的功能作用。在整流滤波电路中有两部分电路组成，如图1所示: 一是整流电路，其作用是把正弦波交流电压(如市电220 V／50 Hz)转变成单向的脉动电压; 二是滤波电路，是将单向脉动电压通过滤波形成直流电压。整流滤波电路输出的直流电压，是直流稳压电源设备实现稳压输出的前提。如果整流滤波电路输出的直流电压不能满足稳压电路输出的要求，将导致直流稳压电源设备不能稳压输出。所以，滤波电路的设计，特别是滤波电容的设计与选用显得更加重要。

整流滤波用的电解电容的选取似乎早有定论。即应根据允许的纹波电压来选取容值; 对于有维持时间要求的系统，单相整流时一般取1～2μF／W。对于滤波电容C的选取，使用经验公式RC≥(3: 5)T／2，并认为滤波电容C越大越好。实验证明这些说法，对于直流稳压电源设备中整流滤波电容的设计与选取是不科学的。因为，滤波电容的容量大小直接影响整流滤波电路输出的纹波电压，应根据对纹波电压的要求及

其直流稳压电源设备输出直流电压指标进行具体的设计与选取。在图1的滤波电路中，滤波电容C，具有隔直流、通交流的作用，即滤波作用。把整流后的电压中多次谐波滤除，输出“纯净”的直流电压。因此，电容C的设计选择，直接关系到滤波电路输出直流电压的质量。文中结合稳压电路的要求，针对整流滤波电路，就滤波电容C的设计与选取展开了分析与研究。

1 滤波电容的设计

整流滤波电路的原理如图1所示，主要有D1～D4二极管、滤波电容C和负载电阻RFZ组成。如果负载电阻RFZ等效为电源设备的稳压电路，就对滤波电路提出指标要求。在整流电路输出电压、功率保证的情况下，主要是对纹波电压的要求。纹波电压是指滤波电路、稳压电路输出直流电压含有的波动电压，如图2所示。如果滤波电路输出的纹波电压过大，将导致稳压电路输出纹波电压增大，甚至难以稳压。纹波电压是由整流输出的单相脉动电压对滤波电容C的充电、放电过程产生的；在负载RFZ不变的条件下，电容C的大小决定着纹波电压的高低。可见，电容C的设计，应依据纹波电压的要求来设计。

1．1 滤波电容充电、放电过程

针对图1滤波电路，用示波器测试的波形图分析C的充电、放电过程更为直观。当K断开时，全波整流电路输出的电压波形，即为滤波电路的输入电压ui，如图2所示，是把输入的正弦波电压Ui(有效值)图2的①转变成频率为100 Hz的单向脉动电压，如图2的②。当K接通时，滤波电路输出的直流电压为U0，并叠加有纹波电压△U，如图2的③。如果图2中的②和③重叠后，在示波器上就会出现图2中的④波形图。从图2的④中就可分析出电容C的充电与放电过程。