滤波电路在直流稳压电路中的应用

郭美莉++王芳

摘 要 随着电子电气技术的不断发展，电子电气设备也已经变得越来越普遍，成为生活中必不可少的部分。对于各种用电设备而言，直流稳压电路几乎都是不可缺少的基础，为设备提供着必须的能量支持。作为直流稳压电路的重要组成部分，滤波电路能够有效改善输出电压周期性变化的程度。电容滤波及电感滤波是最常见的整流滤波电路，电容滤波电路将电容与负载电阻并联，通过电容电压不能突变的特点实现对负载充电；电感滤波电路将电感与负载电阻串联，通过电感电流不能突变的特点实现对负载充电。

【关键词】直流稳压电路 滤波电路 电容滤波 电感滤波

电子设备的出现为现代生活带来了极大的便利，人们在生活中处处离不开它的存在，电子设备的使用需要有能源供应，这就要求有一个稳定的电路来提供。现代社会中的各种电子设备都需要在电源电路提供稳定能源的情况下工作。当然因为电子设备的不同所设计的电源电路也存在着不同的样式与复杂程度。比如说超级计算机就有一套复杂的电源电路系统，通过这个电源电路的能源供应，超级计算机的各种功能才能持续稳定的工作；便携式计算机的电源电路则相对简单，只需要一个电池电路即可解决。由此可以看出电子设备工作的基础就是电源电路的设计制作，电源电路不符合要求电子设备就不能正常工作。持续稳定、满足负载需求是电源电路最基本的要求，直流稳压电路作为电源电路中最基本的电路在电源技术中占有十分重要的地位。

直流稳压电路可以有多种实现形式，一般是由交流电源、变压器、整流、滤波和稳压电路几部分组成。其中，滤波电路能够最大限度的减少直流电压中交流成分的脉动过程，使得输出电压纹波更小，电压更稳定。

1 滤波电路的概念及分类

滤波电路就是利用电抗性元件的特性，对交流、直流阻抗的不同将直流输出电压中的交流脉动成分过滤掉后得到稳定的直流电压。电容滤波和电感滤波是最常用的滤波电路。

电容滤波电路是指在负载电阻上并联一个滤波电容C的电路。电容器C具有对直流开路，对交流阻抗小的特性，且电压不能突变，所以只能并联在电路中。直流电流从负载流过，交流电流则从电容流过，从而达到滤波的目的。由于电容的储能作用，使得输出波形比较平滑。电容放电的时间τ=RLC越大，放电过程越慢，输出电压中脉动成分越少，滤波效果越好，输出的电压也更加平稳。

电感滤波电路是利用电感器L的特性阻止脉动的交流而通过稳定的直流来进行滤波，在电路中将电感L和负载R串联在一起即可。实质是电感L具有对直流阻抗小，对交流阻抗大的特性，所以要与负载串联使用。通过滤波电路后，电路中的直流分量被保留下来，交流分量被过滤掉，这样就改变了交直流成分在电路中的存在比例，降低了电路输出的纹波系数，得到了稳定的直流电压。从能量的观点来看，电感器L是一种储能元件，当电路中的电流增大时就把这部分增大的能量储存起来，待电流减小时再将其释放出来，这样使得负载得到一个平滑稳定的电流。但是电感滤波电路也有它的缺点，由于其存在铁心，因此就显得体积较大，同时容易引起电磁干扰，所以一般只应用于低电压、大电流的环境。

2 带电容滤波的直流稳压电路

2.1 电容滤波的工作原理

带电容滤波的直流稳压电路如图1所示。工作原理如下：当在U2的正半周时，导通D1和D3二极管，电路中二极管的正向压降忽略，这时Uo=U2，输出电压Uo一方面给电容C充电，另一方面施加在负载R上，当U2达到峰值后，开始下降，当U2小于电容电压时，二极管D1和D3截止；随后，电容C以指数规律经R放电，电容上的电压下降；当在U2的负半周时，导通D2和D3二极管，电路中二极管的正向压降忽略，此时Uo=U2，这个电压一方面给电容C充电，另一方面施加在负载R上，当U2达到峰值后，开始下降，当U2小于电容电压时，二极管D2和D4截止；随后，电容C以指数规律经R放电，电容C上的电压下降。经过电容的不断充放电，输出电压的脉动就得到降低，电压平均值也有所提高。

2.2 滤波电容的选取

滤波电容选取直接关系着直流稳压电路输出波形的优劣，如果滤波电容选取合适，则输出电压的脉动程度就会大大减小，反之，则输出电压无法达到电路要求。

根据经验，滤波电容的选取一般遵循以下原则。当电容值在10pF左右，能够用来消除高频的干扰信号，当电容值在0.1uF左右，能够有效消除低频的纹波干扰，同时对于还具有很好的稳压效果；当然，在选取滤波电容时还取决于所涉及PCB上的主要工作频率和可能对系统造成影响的谐波频率，当PCB的主工作频率较低时，可以设置两个电容，其中，一个用来滤除纹波，另一个用来滤除高频信号。如果电路中有比较大的瞬时电流流通时，一般会多加一个电容值比较大的钽电容。

2.3 利用电容滤波存在的问题

（1）一般来说，滤波电容都是电解电容，电容值都比较大，在使用过程中，需要特别注意电容的正负极性连接问题，保证正极性接在电位较高的点，负极性接在电位较低的点，假若极性接错，容易导致电容击穿或爆裂。

（2）初始时刻，电容两端所加电压为0，通电后，经过整流二极管，达到电源给电容充电的效果。在电源接通的时刻，二极管中流过的电流一般能够达到额定工作电流的5-7倍，称之为短路电流，所以在选择二极管时，应考虑一个较大的裕量。

3 带电感滤波的直流稳压电路

带电感滤波的直流稳压电路如图2所示。工作原理如下：当U2处于正半波时， D1和D3上所加为正向电压，处于导通状态，此时二极管阻值几乎为0，可以忽略二极管正向压降，则有Uo=0.9U2，该电源一部分给电感L充电，另一部分施加于负载R两端，当U2达到峰值后，开始下降，当U2小于电感电压时，二极管D1和D3截止；随后，电感L经R放电， 电感上的电压逐渐减小；当在U2处于负半波时，D2和D4上所加为正向电压，处于导通状态，此时这两个二极管的阻值非常小，所以能够忽略二极管正向压降，此时电源电压一部分送给电感L充电，另一部分加在负载R两端，直到U2到达峰值，随后开始下降，当U2小于电感电压时，二极管D2和D4截止；随后，电感经负载R放电， 电感两端的电压逐渐下降。正是因为电感这种不断的充放电过程，才使输出电压波动性大大降低，获得波形十分平缓的输出波。

由于电感的直流电阻小，交流阻抗比较大，所以当电流中的直流分量流过电感线圈时，能量损失特别小，但是，对于电流中的交流分量则刚好相反，其中较大的那部分都是降落在电感上，所以能够有效降低输出电压中波动的部分。电感的值越大，那么滤波的效果也就越好，因而电感适用于负载电流变化较大的电路。此外，将电感滤波应用于滤波电路中，能够有效的延长整流管导通角，避免了沖击电流过大的问题。

4 结束语

通过上述对电容滤波电路、电感滤波电路进行的分析，能够了解，在电子电气设备的直流电源整流滤波电路中，对于滤波电容C来说，它的选定具有一定的依据性，一般情况下根据直流输出电压，负载R的大小以及对纹波电压的要求来进行设计选取；对于滤波电感L来说，电感主要是通过限制电流变化，从而稳定输出电压。在选取滤波电路过程中，负载电流及冲击较大的电路中选用电感滤波，电感越大，滤波效果越好。

参考文献

[1]励小峰.一种新的整流滤波电路[J].电子技术与软件工程，2015（13）：132.

[2]李文静.桥式整流电容滤波电路输出电压的波形分析[J].电子测试，2013（06）：46-47.

[3]董振旗，赵巍辉，刘耀辉，刘鹏.整流滤波电容的设计与选用方法研究[J].电子设计工程，2012（14）：56-58.

[4]左全生.电感滤波电路的研究[J].常州工学院学报，2011（06）：34-35+75.

[5]高红星，胡义军，张镜照. 关于滤波电感的设计探讨[J].船电技术，2008（01）：47-49.

作者简介

郭美莉（1964-），女，湖南省湘潭市人。大学本科学历。现为湖南电气职业技术学院讲师。主要研究方向为EDA技术与应用，信号处理，检测技术。

作者单位

湖南电气职业技术学院 湖南省湘潭市 411101