电容在电路设计时的选取、计算以及作用

滤波电容容量选择、桥式整流、全波整流1、 滤波电容的容量和耐压怎么选择?例如将AC220V变为9V再经全波整流后 ，接的滤波电容容量怎么选？再经7805后需要接的滤波电容容量又为多大？解：AC220V经变压器变压后为AC9V，如采用全波整流其直流峰值为2*9*1.41倍约25.38V，理论上滤波电容耐压不小于25.38V，考虑到AC220V，在正常情况下在198242V之间变化的，滤波电容通常选用耐压32V，若采用桥式整流，其直流峰值为9*1.41倍约12.69V，理论上滤波电容耐压不小于12.69V，选用耐压16V即可。经7805后的电容耐压只要大于5V即可。容量大小，主要是要考滤纹波系数大小、负载电流、电源高频干扰及其他因素来定，通常理论计算较复杂。用7805作稳压模块，全波整流后用电解电容4700uF作低频滤波，同时并联一个104的瓷片电容作高频滤波，7805后只需有电解电容容量200uF。即可达到很好的效果。如果要求不高整流后的滤波电容用1000uF也能满足要求。当电机驱动器设计为使用AC交流电供电时，所设计的电路需先对AC电源整流、再滤波，从而产生直流电源，供电机驱动电路使用。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-motor.com）的工程笔记整理所得，如发现错误请联系我们：E-mail: supportrpm-motor.com。首先，从电容、电阻的RC时间常数说起：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。 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：U220V；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>0。设Usc的参考方向为上正下负。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D1D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。图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ripple current（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。