整流濾波電容的選用方法

蔡笑旻

摘 要：本文介紹了整流濾波電路，以此為前提，從實(shí)驗(yàn)的角度出發(fā)，對(duì)整流濾波電容的選用方法進(jìn)行了研究，從整流濾波電容的充電與放電、計(jì)算與仿真等方向入手，分析了電容與電壓以及電阻之間的關(guān)系，并針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：整流濾波電容；選用；方法

整流濾波電路屬直流穩(wěn)壓電源設(shè)備中的常見電路之一，其選用是否合理，通常決定著紋波電壓大小是否合理，同時(shí)也決定著直流電壓的質(zhì)量，可見，了解整流濾波電容的選用方法極為必要。本文從實(shí)際實(shí)驗(yàn)的角度入手，闡述了實(shí)驗(yàn)以及計(jì)算過程，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，深入分析了整流濾波電容的選用方法。

1 整流濾波電路

直流穩(wěn)壓電源設(shè)備包括很多種，整流濾波電路屬于其中一種，且較為常見，功能在于實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的轉(zhuǎn)換，即將交流電壓，轉(zhuǎn)換為直流電壓，以確保電力資源能夠被正常使用。整流濾波電路中，共包含兩部分電路，分別為整流電路和濾波電路。兩者的功能各不相同。整流電路的功能在于對(duì)正弦波交流電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而濾波電路的功能則在于對(duì)單向脈動(dòng)電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換。兩部分電路功能的共同發(fā)揮，可全面完成所有交流電壓的轉(zhuǎn)換過程，進(jìn)一步提高電壓輸出的穩(wěn)定性水平，是當(dāng)前電力領(lǐng)域工作關(guān)注的重點(diǎn)問題。

如上述兩部分電路對(duì)電壓的轉(zhuǎn)換功能無法順利實(shí)現(xiàn)，則會(huì)影響電壓的轉(zhuǎn)換效率與效果，進(jìn)而影響其輸出的穩(wěn)定性，可見整流濾波電路及電容合理選用的重要性。

2 整流濾波電容的選用方法

假設(shè)整流濾波電容的電壓及功率穩(wěn)定，此時(shí)紋波電壓的穩(wěn)定性，則會(huì)直接影響電壓輸出的穩(wěn)定性，如紋波電壓過大，穩(wěn)壓必定無法實(shí)現(xiàn)。文章本部分主要通過實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)整流濾波電容進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并以此為前提，研究了整流濾波電容的選用方法：

2.1 整流濾波電容的充電與放電

整流濾波電路由整流部分與濾波部分兩部分構(gòu)成，兩者通過開關(guān)相互連接，在開關(guān)關(guān)閉的情況下，兩者功能可共同發(fā)揮，如開關(guān)斷開，電壓形式則會(huì)有所轉(zhuǎn)變。實(shí)驗(yàn)中，將開關(guān)斷開后發(fā)現(xiàn)正弦波電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱藛蜗蛎}動(dòng)電壓。將開關(guān)重新連接之后，通過對(duì)示波器的觀察，則能夠得出反應(yīng)整流濾波器電容充電與放電過程的波形圖：當(dāng)整流濾波電容處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，如其他條件不變，電壓波形以及紋波電壓同樣趨于穩(wěn)定，但如整流濾波器電容發(fā)生變化，則紋波電壓的幅度也會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)整流器電容處于充電或放電兩種狀態(tài)時(shí)，紋波電壓的變化幅度會(huì)呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。

2.2 整流濾波電容的計(jì)算與仿真

2.2.1 整流濾波電容的計(jì)算

實(shí)驗(yàn)中，隨著時(shí)間的變化，使整流濾波器首先處于充電的過程，繼而處于放電的狀態(tài)，即在實(shí)驗(yàn)之初，要求電容充電，而在實(shí)驗(yàn)后半階段，則要求電容放電。在電容充電的階段，紋波電壓的變化規(guī)律與輸入電壓的變化規(guī)律相一致，符合正弦變化規(guī)律，此時(shí)整流濾波器電容充電兩端的電壓應(yīng)為：Ue=Ui sinwt，Ue為電壓，t為電容充電時(shí)間。在電容放電的狀態(tài)下，電容充電兩端電壓的計(jì)算模型為：Ue=Ue。其中C為電容，R為電阻。

按照以上思路，最終可得到濾波電容的計(jì)算公式：

2.2.2 整流濾波電容的仿真

采用仿真的方法，分別設(shè)定濾波電容計(jì)算公式中的數(shù)值，最終可計(jì)算出RFZ的值，為20Ω。

2.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

采用實(shí)驗(yàn)的方法，連接好電路，將電壓控制在15V，實(shí)驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)行，未特別控制溫度，將相應(yīng)參數(shù)一一設(shè)定，最終得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

（1）當(dāng)ΔU的數(shù)值為Ue的20%時(shí)，通過相應(yīng)計(jì)算公式可以得出，電容為2300μF。驗(yàn)證時(shí)，將電容設(shè)置為了2200μF，得出ΔU的數(shù)值為Ue的19%，驗(yàn)證了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（2）當(dāng)ΔU的數(shù)值為Ue的10%，電阻為20Ω時(shí)，通過相應(yīng)計(jì)算公式可以得出，電容為4000μF。驗(yàn)證時(shí)，將電容設(shè)置為了4100μF，得出ΔU的數(shù)值為Ue的19%，驗(yàn)證了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（3）當(dāng)ΔU的數(shù)值為Ue的25%，電阻為15Ω時(shí)，通過相應(yīng)計(jì)算公式可以得出，電容為1900μF。驗(yàn)證時(shí)，將電容設(shè)置為了2000μF，得出ΔU的數(shù)值為Ue的24%，驗(yàn)證了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（4）當(dāng)ΔU的數(shù)值為Ue的15%，電阻為20Ω時(shí)，通過相應(yīng)計(jì)算公式可以得出，電容為3600μF。驗(yàn)證時(shí)，將電容設(shè)置為了3800μF，得出ΔU的數(shù)值為Ue的15%，驗(yàn)證了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 討論

整流濾波電容的選用，與ΔU有關(guān)，與電阻有關(guān)，應(yīng)根據(jù)濾波電容計(jì)算公式，合理控制電容。

綜上所述，整流濾波電容通常決定著輸出電壓的穩(wěn)定性，可以以相應(yīng)計(jì)算公式為基礎(chǔ)，對(duì)電容加以控制，以達(dá)到控制電壓的目的。

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