电容器在电子线路中的作用一般概括为:通交流、阻直流。电容器通常起滤波、旁路、耦合、去耦、转相等电气作用。用作贮能元件也是电容器的一个重要应用领域,同电池等储能元件相比,电容器可以瞬时充放电,并且充放电电流基本上不受限制,可以为某些设备提供大功率的瞬时脉冲电流。
电容器
1、隔直流:作用是阻止直流而让交流通过。
2、旁路(去耦):为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。
3、耦合:作为两个电路之间的连接,允许交流信号通过并传输到下一级电路
4、平滑或滤波:将整流以后的脉状波变为接近直流的平滑波,或将纹波及干扰波虑除。
5、温度补偿:针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响,而进行补偿,改善电路的温度稳定性。
6、计时:电容器与电阻器配合使用,确定电路的时间常数。
7、调谐:对与频率相关的电路进行系统调谐,比如手机、收音机、电视机。
8、储能:储能型电容器通过整流器收集电荷,并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为40~450VDC、电容值在220~150000μF之间的铝电解电容器为较常见的规格。根据不同的电源要求,器件有时会采用串联、并联或其组合的形式,对于功率级超过10KW的电源,通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。
9、浪涌电压保护:开关频率很高的现代功率半导体器件易受潜在的损害性电压尖峰脉冲的影响。跨接在功率半导体器件两端的浪涌电压保护电容器通过吸收电压脉冲限制了峰值电压,从而对半导体器件起到了保护作用,使得浪涌电压保护电容器成为功率元件库中的重要一员。
半导体器件的额定电压和电流值及其开关频率左右着浪涌电压保护电容器的选择。由于这些电容器承受着很陡的dv/dt值,因此,对于这种应用而言,薄膜电容器是恰当之选。不能仅根据电容值/电压值来选择电容器。在选择浪涌电压保护电容器时,还应考虑所需的dv/dt值。
10、EMI/RFI抑制:这些电容器连接在电源的输入端,以减轻由半导体所产生的电磁或无线电干扰。由于直接与主输入线相连,这些电容器易遭受到破坏性的过压和瞬态电压。采用塑膜技术的X-级和Y-级电容器提供了最为廉价的抑制方法之一。抑制电容器的阻抗随着频率的增加而减小,允许高频电流通过电容器。X电容器在线路之间对此电流提供“短路”,Y电容器则在线路与接地设备之间对此电流提供“短路”。
11、控制和逻辑电路:各类电容器均可能被应用于电源控制电路中。除非是在恶劣环境条件的要求,否则这些电容器的选择一般都是低电压低损耗的通用型元件。
整流电路的输出电压不是纯粹的直流,从示波器观察整流电路的输出,与直流相差很大,波形中含有较大的脉动成分,称为纹波。为获得比较理想的直流电压,需要利用具有储能作用的电抗性元件(如电容、电感)组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。
常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。有源滤波的主要形式是有源RC滤波,也被称作电子滤波器。直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示,此值越大,则滤波器的滤波效果越差。
脉动系数(S)=输出电压交流分量的基波最大值/输出电压的直流分量
半波整流输出电压的脉动系数为S=1.57,全波整流和桥式整流的输出电压的脉动系数S≈O.67。对于全波和桥式整流电路采用C型滤波电路后,其脉动系数S=1/(4(RLC/T-1)。(T为整流输出的直流脉动电压的周期。)
电阻滤波电路
RC-π型滤波电路,实质上是在电容滤波的基础上再加一级RC滤波电路组成的。如图1(B)RC滤波电路。若用S表示C1两端电压的脉动系数,则输出电压两端的脉动系数S=(1/ωC2R)S。
由分析可知,电阻R的作用是将残余的纹波电压降落在电阻两端,最后由C2再旁路掉。在ω值一定的情况下,R愈大,C2愈大,则脉动系数愈小,也就是滤波效果就越好。而R值增大时,电阻上的直流压降会增大,这样就增大了直流电源的内部损耗;若增大C2的电容量,又会增大电容器的体积和重量,实现起来也不现实。这种电路一般用于负载电流比较小的场合。