整流滤波电容器的选择

整流滤波电容器的选择
来源：编者：陈永真发布时间：2012-11-30
摘要：本文分析了市电直接整流电路的滤波电容器的选择方式，分析了带有和不带有功率因数校正的整流滤波电路的电容器耐压的选择；分析了根据滤波电容器的工作特点提出电容量的选择依据，还要验证滤波电容器流过的纹波电流是否满足要求。

关键词：电容量纹波电压纹波电流
Abstract：
Keyword：
前言
整流电路是电子线路中最常见的电路，从电路的简单性、廉价性角度考虑，选择电容输入式滤波总是最佳的选择，对于市电输入的电子线路如何正确的选择滤波电容器使得既可以满足电路的要求，又可以使成本最低。

1．滤波电容器额定电压的选择
滤波电容器在输入电压220V±20%或输入电压85V~265V（110V－20%~220V＋20%）时的最高整流输出电压可以达到370V，因此应选择额定电压为400V的电解电容器或选择两只额定电压为200V（也可以使250V）的电解电容器串联使用。

需要注意的是，尽管电解电容器的额定电压有10%左右富裕量，在上述应用场合下，从产品的安全角度考虑是不允许使用额定电压为300V或350V的电解电容器。

对于带有功率因数校正的整流滤波电路，当功率因数校正电路输出电压为380V时可以选择额定电压400V电解电容器，而功率因数校正电路输出电压高于380V时则只能选择额定电压为450V的电解电容器。

2．滤波电容器电容量的选择
滤波电容器，为限制整流滤波输出电压纹波，正确选择电容量是非常重要的。

通常滤波电容器的电容量在输入电压220V±20%时按输出功率选择为：不低于每瓦1μf（即：≥1μf/W），输入电压85V~265V（110V－20%~220V＋20%）输入时按输出功率选择为：不低于每瓦（3~4）μf（即：≥（3~4）μf/W）。

滤波电容器电容量的取值依据为：在220V±20%交流输入及85V~265V交流输入的最低值时，整流输出电压最低值分别不低于200V和90V，在同一输入电压下的整流滤波输出电压分别约为：240V和115V，电压差分别为：40V和25V。

每半个电源周波（10mS），整流器导电时间约2mS，其余8mS为滤波电容器放电时间，承担向负载提供全部电流，即：
（1）
220V±20%交流输入时：
（2）
（3）
（4）
（5）
即：1μf/W
85V~265V交流输入时：
（6）
（7）
（8）
（9）
即：3.6μf/W
每半个电源周波（10mS），整流器导电时间约3mS，其余7mS为滤波电容器放电时间，承担向负载提供全部电流，则：滤波电容器容量为：0.88μf/W和3.15μf/W。

以上是从滤波后的纹波电压角度考虑如何选择，如果从电解电容器的的额定电流和寿命考虑则需要清楚滤波电解电容器所能承受的纹波电流和预计电容器的寿命。

3．一般铝电解电容器可以承受的纹波电流和可能出现的实际纹波电流
铝电解电容器可以承受的纹波电流如表1和表2。

表1 国产CD110型铝电解电容器的纹波电流
额定电压（V）电容量（μf）
0.47 1 2—2 3.3 4.7 10 22 33 47
额定纹波电流（mA）
400 15 22 38 54 71 123 197 277 361
450 18 25 43 59 76 123 226 304 380
表2某型号国产插脚式铝电解电容
额定电压（V）电容量（μf）
33 39 47 56 68 82 100 120
额定纹波电流（A）
400 0.27 0.31 0.34 0.38 0.46 0.53 0.55
450 0.25 0.28 0.31 0.36 0.38 0.44 0.50 0.58
额定电压（V）电容量（μf）
150 180 220 270 330 390 470
额定纹波电流（A）
400 0.63 0.72 0.79 0.98 1.12 1.27 1.33
450 0.66 0.74 0.88 0.99 1.15 1.28
对于220V整流电容输入式滤波电路，对应的输出功率与输入电流间的关系为：（10）
通常，在没有功率因数校正的功率因数约为0.6，考虑整机效率0.8，在最低输入电压（220V-20%，即176V整流输出约为200V）时的输出功率与输入电流间的关系为：（11）
这时对应的整流输出电流平均值与输出功率的关系为：
（12）
其输出有效值大约是输出电流平均值近两倍。

由表4—1可以看到仅有额定电压为400V 的引线式CD110型铝电解电容器的额定纹波电流在10W以下可以满足1μf/W的应用条件，其他容量、规格的电解电容器则需要（2~3）μf/W才能满足，因此，在耗电功率为150W的电视机中通常选用105℃、470μf/400V的电解电容器。

更大功率的则需要（4~5）μf/W。

如果不想选择大的电容量又想获得大的额定纹波电流，可以选用多只电解电容器并联的方案，如一只100μf/400V电解电容器的额定纹波电流大约为0.53A，两支并联可以达到1.06A，相当于单只330μf/400V的额定纹波电流。

如输入电压为全电压范围（AC85V到264V适用于全世界各国的市电电压等级）时，对
应的输出功率与输入电流间的关系为：
（13）
当选择3μf/W时，仅有额定电压为400V的引线式CD110型铝电解电容器的额定纹波电流在10W以下可以满足3μf/W的应用条件，其他容量、规格的电解电容器则需要（5~7）μf/W才能满足。

当然也可以选用不大于电解电容器3.5倍额定纹波电流的应用条件，以尽可能减小电解电容器的容量，所付出的代价是电解电容器的寿命明显缩短，对于适应寿命短的电子装置（如实际工作寿命短于一年）可以参用这样的选择方式。

如果整流器与滤波电容器之间接一滤波电感。

电感可以起到平滑电流的作用，可以降低流过滤波电容器的纹波电流，当滤波电感趋于无穷大时，流过滤波电容器的纹波电流为零。

所以在整流器与滤波电容器间接入容量适当的电感，不仅可以明显减小流过滤波电容器的纹波电流改善滤波电容器的使用状态，还有利于提高功率因数。

以上仅为工频整流的纹波电流对滤波电解电容器工作状态和选用的影响，对于开关电源或其他开关型变换器用整流滤波电路中的电解电容器还要吸收开关变换器在开关过程产生的高频开关电流。

因此，滤波电容器中不仅存在整流滤波的纹波电流，而且还存在高频开关变换电流。

不同电路拓扑的开关变换器所产生的高频开关变换电流也不同。

其中数全电压范围的电流断续型反激式变换器为最大，大约达到变换器输入电流平均值的1~5倍（峰值）或1~2（有效值）。

表3列出单相220V交流输入的各种变换器的高频开关变换电流有效值。

表3 单相220V交流输入的各种变换器的高频开关变换电流有效值
220V±20%反激电流断续Dmax=0.4 220V±20%正激
Dmax=0.4 220V±20%全桥
Dmax=0.8 220V±20%半桥
Dmax=0.8 220V±20%推挽
Dmax=0.8
Im /W (A) 0.03145 0.0156 0.0078 0.0078 0.0078
Irms/W (A) 0.0114 0.00988 0.007 0.007 0.007
从表1—3中可以看到电流断续比电流连续向滤波电容器索取更大的纹波电流，占空比小比占空比大向滤波电容器索取更大的纹波电流，因此，从滤波电容器角度看选用电流连续工作模式并且较大的占空比工作状态将有利于滤波电容器应用寿命的延长。

参考文献
[1] 陈永真等，单管变换器及其应用，机械工业出版社，2006年。