滤波电容

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滤波电容解释
  安装在整流电路两端用以降低交流脉动波纹系数提升高效平滑直流输出的一种储能器件，通常把这种器件称其为滤波电容。滤波电容具有电极性，亦称其为电解电容。电解电容的一端为正极，另一端为负极，正极端连接在整流输出电路的正端，负极连接在电路的负端。在所有需要将交流电转换为直流电的电路中，设置滤波电容会使电子电路的工作性能更加稳定，同时也降低了交变脉动波纹对电子电路的干扰。滤波电容在电路中的符号一般用“C"表示，电容量越大，滤波性能越好。为了获得更好的直流稳定系数，电容量一般选择在数百微法或数千微法以上。

滤波电容介绍
    滤波电容是并联在整流电源电路输出端，用以降低交流脉动波纹系数、平滑直流输出的一种储能器  n-35g的主件。在使用将交流转换为直流供电的电子电路中，滤波电容不仅使电源直流输出平稳，降低了交变脉动波纹对电子电路的影响，同时还可吸收电子电路工作过程中产生的电流波动和经由交流电源串入的干扰，使得电子电路的工作性能更加稳定。
滤波电容在电路中的符号一般用“C"表示。在50赫兹市电的整流电路中，为了获得好的滤波效果，选择的滤波电容的电容量都比较大，最常用的为数百至数千微法的电解电容，要求高的场合也有使用钽电容或铌电容的；但在几十千赫兹甚至更高频率的场合，对频率特性的要求比对容量的要求显得重要得多。

滤波电容作用
    滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。而且对于精密电路而言，往往这个时候会采用并联电容电路的组合方式来提高滤波电容的工作效果。
   低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz；而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。滤波电容在开关电源中起著非常重要的作用，如何正确选择滤波电容，尤其是输出滤波电容的选择则是每个工程技术人员十分关心的问题。
    50赫兹工频电路中使用的普通电解电容器，其脉动电压频率仅为100赫兹，充放电时间是毫秒数量级。为获得更小的脉动系数，所需的电容量高达数十万微法，因此普通低频铝电解电容器的目标是以提高电容量为主，电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。而开关电源中的输出滤波电解电容器，其锯齿波电压频率高达数万赫兹，甚至是数十兆赫兹。这时电容量并不是其主要指标，衡量高频铝电解电容优劣的标准是“阻抗- 频率”特性。要求在开关电源的工作频率内要有较低的等效阻抗，同时对于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具有良好的滤波作用。
    普通的低频电解电容器在万赫兹左右便开始呈现感性，无法满足开关电源的使用要求。而开关电源专用的高频铝电解电容器有四个端子，正极铝片的两端分别引出作为电容器的正极，负极铝片的两端也分别引出作为负极。电流从四端电容的一个正端流入，经过电容内部，再从另一个正端流向负载；从负载返回的电流也从电容的一个负端流入，再从另一个负端流向电源负端。
滤波电容选取原则
在电源设计中,滤波电容的选取原则是：
C≥2.5T/R
其中：C为滤波电容，单位为F；
T为周期，单位为S，T=1/f
f为交流电源频率，单位为Hz
R为负载电阻，单位为Ω
当然，这只是一般的选用原则，在实际的应用中，如条件(空间和成本)允许，都选取C≥5T/R。
由于四端电容具有良好的高频特性，为减小电压的脉动分量以及抑制开关尖峰噪声提供了极为有利的手段。高频铝电解电容器还有多芯的形式，即将铝箔分成较短的若干段，用多引出片并联连接以减小容抗中的阻抗成份。并且采用低电阻率的材料作为引出端子，提高了电容器承受大电流的能力。
滤波电容容抗
X(c)=1/Wc=1/(2πfc)
   理论上频率越高容抗越小越容易通过高频信号，实际由于工艺等诸多问题，它的寄生电感就必须考虑了。往往寄生电感超过它本身的容抗，会表现为电感性。

滤波电容分类
    一般情况下，电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号，但即使是低频信号，其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容（这里的高频是相对而言）[3]:
（1）低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率和市电一致为50Hz。
（2）高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。

功放中的滤波电容
     功放中的滤波电容相当重要，如果没有滤波电容，工作电压就变成脉动直流电压了。正负电源电压的纹波幅度极大。峰值为电源变压器次级绕组输出的AC电压有效值的1.4倍，频率100Hz。即功放的工作电压以每秒100次的频率在0~1.4倍次级AC电压间急速变化，与原来开机后音量关完（即静态）时的电源电压差不多。不会对管子构成超压威胁。管子上所加的工作电压由直流电压变成脉动直流电压，管子的平均功耗应该相应有所降低。因为管子的工作电压以100Hz的频率在0~峰值间不停变化，工作电压很低时管子会截止，这样输出端的音乐信号应该有很大的开关失真和交越失真。不过在极大的交流声背景下，有可能被掩盖难以察觉了。对音乐信号进行调制。播放的音乐会含混不清，会有较强烈的交流声。

滤波电容原理

   如下图所示为电容滤波电路，滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。  
一、滤波原理
     当u2为正半周并且数值大于电容两端电压uC时，二极管D1和D3管导通，D2和D4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D1和D3管反向偏置而截止，电容通过负载电阻RL放电，uC按指数规律缓慢下降。
   当u2为负半周幅值变化到恰好大于uC时，D2和D4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D2和D4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D1和D3变为导通，重复上述过程。

RL、C对充放电的影响

电容充电时间常数为rDC，因为二极管的rD很小，所以充电时间常数小，充电速度快；

RLC为放电时间常数，因为RL较大，放电时间常数远大于充电时间常数，因此，滤波效果取决于放电时间常数。
  
电容C愈大，负载电阻RL愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大，如右上图所示。