电容在电路设计时的选取计算以及作用Word文档下载推荐.docx

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电路中滤波电容的选型需要考虑几个方面：

电容耐压、工作温度、容量等。

输入滤波电容容量的选择和驱动器的驱动电压、最大功率有直接关系，需要作一些计算得到，如果此电容容量过少，驱动器表现为驱动力不足；

而容量过大，则增加制造成本。

工程应用中，有这样的一个经验法则：

滤波电容容量数值等于驱动功率数值。

但需要注意，这只是针对单相220V交流电全波整流的驱动应用，不能断章取义。

下面通过简单的计算推导，介绍容量计算的过程，只作为参考，以文档是广州锋驰运控（http:

//www.rpm-）的工程笔记整理所得，如发现错误请联系我们：

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首先，从电容、电阻的RC时间常数τ说起：

τ越大，则R两端的电压越平稳，对于脉动电源，则其纹波电压越少。

在工程上，当RC时间常数满足以下条件时，可以满足纹波要求：

T为脉动电源的周期，对于50Hz市电经全波整流后的周期T为：

10mS。

故由上两式可以得；

R为等效负载电阻；

C为滤波电容容量。

下图为电路示意图：

所以，只要得到电机驱动器的等效负载电阻，即可算出滤波电容所需的容量大小。

U为电机驱动器输入电压，单位为（V）；

P为电机驱动器功率，单位为（W）；

RL为电机驱动器等效负载电阻，单位为Ω。

结合以上各式：

用频率f替代周期T，可得到滤波电容容量的计算公式如下：

P为电机驱动器额定输出功率，单位为（W），如P=750W；

U为电机驱动器额定输入交流电压有效值，单位为（V），如国内市电U=220V（AC）；

f为经过整流后脉动电源的频率，单位为（Hz），如单相电经全波整流后，f=100Hz；

C为驱动器输入滤波电容容量，单位为（F）。

举例

假设我们设计的驱动器使用市电单相电供电，且电路设计为全波整流，可得：

U＝220V；

f=100Hz

代入计算公式：

得

故输入滤波电容容量数值大小（单位uF）约等于驱动器的额定功率数值大小（单位W）。

即如果驱动器要求的功率为2.2KW，则滤波电容容量取值为2200uF。

同样地，如果驱动器输入电压为110VAC，则滤波电容容量C应为：

即如果你的驱动器要求的功率为300W，则滤波电容容量取值为1200uF。

三相电

因为单相电经全波整流后的电源脉动频率为100Hz；

而三相电经全波整流后，其脉动频率为300Hz。

所以，使用三相电源供电时，驱动器的输入滤波电容容量可以比单相电时减少三倍，故中、大功率电机驱动器使用三相电供电，可以减少输入滤波电容的容量，从而可以减小电容的体积，节约空间。

电网波动

通常地，设计希望电机驱动器可以在电网电压的一定波动范围内（如±

15%）正常工作，且能全功率输出。

这时计算滤波电容容量时，电压则不是额定电压，而是驱动器工作的最低电压。

如（220V±

15%）的驱动器，计算时用220V，而是（1+15%）*220V，为187V。

另外，为了使你设计的驱动器能够在电网电压波动内可靠工作，除了计算容量，还要考虑电容的耐压值。

全波整流：

全波整流电路（变压器次级带中心抽头的）：

全波整流是一种对交流整流的电路。

在这种整流电路中,在半个周期内,电流流过一个整流器件（比如晶体二极管）,而在另一个半周内,电流流经第二个整流器件,并且两个整流器件的连接能使流经它们的电流以同一方向流过负载。

变压器在220V那边的绕组是原边绕组，也叫一次绕组、初级绕组。

变压器右边的电压E2a、E2b所在的绕组就是副边绕组，也叫二次绕组、次级绕组。

副边绕组上的电压叫做副边电压，E2a、E2b分别是两个副边绕组上的电压。

作为全波整流电路，E2a、E2b电压大小应该是相等的。

当E2a>

0,E2b>

0时，副边电压E2b电压实际方向上正下负，二极管D2阳极接在E2b电压的实际负极，所以D2承受反向电压，所以D2截止。

副边电压E2a实际电压方向上正下负，可以使二极管D1导通，不考虑二极管的正向导通压降，则Usc=E2a>

0。

设Usc的参考方向为上正下负。

当E2a<

0,E2b<

0时，副边电压E2a电压实际方向上负下正，二极管D1阳极接在电压E2a的实际负极，所以D1承受反向电压，所以D1截止。

副边电压E2b实际电压方向上负下正，可以使二极管D2导通，不考虑二极管的正向导通压降，则Usc= 

-E2b 

=-E2ba>

当E2ba为正时，Usc=E2a；

E2ba为负时，Usc= 

-E2ba。

所以负载Rfz 

上电压Usc为副边电压E2ba的绝对值，为正，整个周期都是电压都是正的。

桥式整流电路原理;

-电感滤波原理;

-电容滤波原理

桥式整流电路原理

桥式整流电路如图1所示，图中B为电源变压器，它的作用是将交流电网电压e1变成整流电路要求的交流电压e2，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。

图１

桥式整流电路的工作原理可分析如下。

为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。

在e2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。

在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。

其电流通路可用图1（a）中虚线箭头表示。

在e2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。

电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。

其电流通路如图1（b）中虚线箭头所示。

综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。

图２

根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图2。

由图可见，通过负载RL的电流iL以及电压uL的波形都是单方向的全波脉动波形。

桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。

因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。

桥式整流电路电感滤波原理

电感滤波电路利用电感器两端的电流不能突变的特点，把电感器与负载串联起来，以达到使输出电流平滑的目的。

从能量的观点看，当电源提供的电流增大（由电源电压增加引起）时，电感器L把能量存储起来；

而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流平滑，所以电感L有平波作用。

　　桥式整流电路电感滤波优点：

整流二极管的导电角大，峰值电流小，输出特性较平坦。

　　桥式整流电路电感滤波缺点：

存在铁心，笨重、体积大，易引起电磁干扰，一般只适应于低电压、大电流的场合。

　　例1桥式整流器滤波电路如图所示，已知V1是220V交流电源，频率为50Hz，要求直流电压VL=30V，负载电流IL=50mA。

试求电源变压器副边电压V2的有效值，选择整流二极管及滤波电容。

桥式整流电容滤波原理

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。

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。

2、用一5V直流电源给电路供电，为什么要在这个电源上加三电容接地？

（1）C72,C74,是高频电容，主要适用于高频滤波和退偶。

就是滤除线路中的高频分量，和为线路的高频工作来提高电源特性。

C73，是低频电容，主要用于降低电源内阻，改善电源带动负载的能力，滤除低频干扰等。

（2）C73用于给电源提供ripplecurrent（脉冲电流）,也可以理解为滤除低频干扰,他也可给你的电路提供一定时间的断电延时。

另外两个一般来说只要用1个即可,用于滤除高频干扰,应放在离电源芯片近的地方。