电源供应器 (四) 电容输入与电感输入滤波之比较【转帖】摘自：www.diyzone.net 作者：孙恩宏
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孙恩宏/Steve Sun
1. 开宗明义.
在 Langford-Smith 的 Radio Designer Handbook中的第三十章，第 1162 页有一图:
上图的目的是要比较下列三种整流与滤波的差异:
请您回想一下电源供应器 (二) 的结论: “输入端第一个滤波组件是电容时, 输出电压是 1.4 x Vin 再减去负载电流产生的压降. 输入端第一个滤波组件是电感时, 输出电压是 0.9 x Vin, 与负载电流无关! 输入端第一个滤波组件是电容时, 滤波器称为是 capacitor input. 输入端第一个滤波组件是电感时, 滤波器称为是 choke input. 不管是 choke input filters 或是 capacitor input filters 在电源供应级输出端的电压总是小于理论值! 图 30.1B 正是要说明这些情况…
图 30.1B 叙述 图 30.1F 这类使用capacitor input 滤波器理想的工作情形: 有负载时 (电源供应级输出端的电压小于理论值), 在电容 C1 处, 电压依照曲线 ABA’B’ 变化. 电容 C1 在 AB 之间会充电, 在 BA’ 之间时会放电. AQB 以上的斜线部份代表变压器的电压高于 C1 点的电压. 也就是说只有在 AB 或是 A’B’ 之间时才会有电流流经整流管 (二极管整流时亦然), 因为在其它的时段 C1 的电压比变压器高! (请您想一下: 当 C1的电压比变压器输出电压高时会发生什么事情?
提示: 电流会倒流!) 图 30.1 C 的斜线部分代表流经整流管的电流. 您有没有注意到: 这个流经整流管的电流并不连续, 是一个脉冲的形式! 使用真空管整流的好处是真空管本身有缓和这个电流脉冲的作用. 如果使用二极管整流, 二极管会立刻反应这个电流脉冲, 产生大量电流流入下游电路。
图 30.1 D的斜线部分代表使用 choke input 的滤波级时, 流经整流管的电流: 稳定的电流. 同时整流子与变压器也不需承受脉冲电流的压力。
2. 图 30.1C 脉冲电流的计算.
现在让我们来实际计算一下: 使用 capacitor-input 滤波时, 电流脉冲有多大？
在下图中, 假设变压器次级电压是 240V (峰值电压会达 1.414 x 240 = 340V), 滤波电容 68 mf：
让我们复习一下电容的一个特性. 电容, 电压与电荷的关系是: Q = CV. 在这个公式里, C 是固定的常数, 当 V 在极短时间 dt 内有小量的变化 dV 时, 储存在电容里的电荷也会跟着改变: dQ. 他们对时间的变化率是:
但是, 我们知道电荷对时间的变化率就是电流. 所以:
大家一定都知道交流电的电压对时间关系是一个正弦函数, 也就是说:
其中 Vpeak 代表峰值电压. 代入上式:
这个式子告诉我们: I 与 V 有着 90 度的相位差. 如果忽略相位, 只看大小:
在这个例子里, Vpeak = 340V, C = 68 mf, f = 60, 所以:
这是当这个电容充电时流经电容的峰值电流. 这也是当这个电容充电时, 整流子或整流管必须要供应的电流. (批注: 8.7A 是理论上的最大值, 当负载电路消耗较小时, I 也会较小. 如果回去看第一节的电流脉冲波形, 大概有人还没什么感觉. 但是傅立叶变换后, 您要小心不要被吓一跳: 高阶谐波一直高到 RF!)
您注意到了吗? 当 C 越大时, I 越大 (整流子的负担越重). 这是使用真空管整流时, 第一个滤波电容不能太大的主要原因。
3. 扼流圈 (Choke) 的选择
Choke 的单位是: 亨利 (Henry)，如果一个 choke 标示 2H, 这表示这个 choke 是 2 Henry。 选择 choke 时, 您要知道负载电路在静态 (无输入讯号) 时所需的电流. 假设负载电路静态电流是 Imin, 变压器次级电压 Vin, choke 至少需要:
L (H) = Vin / Imin (mA) for 60 Hz. (for 50Hz: L(H) = 1.1 x Vin (V) / Imin (mA).)
例如: Vin = 240 V, Imin = 120 mA, 60Hz, choke 至少需要 240/120 = 2H. (50Hz, choke 至少需要 1.1 x 240 / 120 = 1.1 x 2 = 2.2 H.)
Choke 还有另外一个标示: 最高承受电流. 您要注意: 电路所需的最大电流要小于 choke 标示的最高承受电流。
图说：对管机来说，一般电路的复杂度远不如晶体机，但对于零件的要求相对的高，许\多优异的管机制造商，其实多半拥有极佳的变压器与轭流圈Choke绕制技术。
