電路理論中有很多量是具有對偶性的，例如：電壓電流，電容電感……等等。

下表取自《電路分析基礎(chǔ)李瀚蓀第三版中》，42頁。

我們曾經(jīng)談到過全波整流電容濾波電路，如下圖：

此圖中整流后的濾波是靠電容C實現(xiàn)的。

根據(jù)上面的對偶量表，電感和電容是對偶的。

那么，是否可以使用電感來濾波？

答案是可以。

不過，上面的對偶量表里面也明確指出：串聯(lián)和并聯(lián)是對偶的。

所以使用電感濾波，應(yīng)該把電感與負載串聯(lián)起來而不是并聯(lián)。

如下圖：

假定電感L比較大(比較大的意思是：電感L的感抗比負載電阻大得多)，如果我們用示波器實際觀察一下上圖中K點電流，將看到如下圖中藍色波形。

如果負載ZL是純電阻，那么負載兩端電壓波形與通過負載的電流波形同相且成比例(這個比值就是電阻)，所以藍色波形也代表了負載兩端電壓。

圖中黑色波形是二極管D1和D2聯(lián)接處的電壓波形。

我們看到，電感濾波電路中電流波形與以前我們談到過的電容濾波波形很不相同。

電容濾波，電流是斷續(xù)的(見整流雜談(二)圖04)，是一個一個的“鼓包”，而電感濾波，電流是連續(xù)的(倒是有些像電容濾波的電壓波形，這正說明電感與電容、電壓與電流的對偶性)。

我們來看看電流是怎樣在兩個半波繞組中流動的，電流為什么是圖03中那個樣子。

我們從變壓器繞組A2兩端電壓剛好等于此時刻負載兩端電壓開始，并且忽略二極管正向壓降，記此時刻為t1。

t1之后變壓器繞組A2兩端電壓大于負載兩端電壓，那么電感L兩端的電壓左正右負，電感L中電流增加(藍色曲線上升)，電感儲存能量增加。

到時刻t2，繞組A2兩端電壓恰等于負載兩端電壓，其后繞組A2兩端電壓小于負載兩端電壓，電感兩端電壓左負右正，電感中電流減小，電感所儲存的能量釋放到負載。

繞組A2中電流也就是負載中電流是通過二極管D2構(gòu)成回路的。

交流過零時刻記為t3。

時刻t3之后，變壓器次級兩端電壓反轉(zhuǎn)，二極管D1開始導(dǎo)通，D2關(guān)斷。

電感L和負載中電流從繞組A2和二極管S2轉(zhuǎn)移到繞組A1和二極管D1，電感中和負載電流仍連續(xù)。

電流從二極管D2轉(zhuǎn)換到D1，這樣的過程叫換流。

時刻t4，這個過程重新開始，只不過是這半個周期內(nèi)是繞組A1在工作。

由上面的敘述，我們可以知道：變壓器的兩半個次級繞組A1和A2是交替工作的，但電感和負載中的電流卻是連續(xù)的。

交流的每半個周期中，電壓較高時電感儲存能量，電壓較低時電感釋放能量到負載。

這樣，變壓器兩個次級繞組中的電流如下圖所示，每個繞組中電流都是在半個周期中流動，電流波形接近于矩形。

由計算可知：如果電感比較大，整流并經(jīng)電感濾波后負載兩端直流電壓在理想情況(忽略變壓器繞組壓降和整流管壓降以及電感的直流壓降)下，為變壓器次級半個繞組電壓有效值的0.9倍。

圖01中的電容濾波電路，負載電阻越大(電流越小)，紋波越小。

圖02中的電感濾波電路，負載電阻越小(電流越大)，紋波越小。

原因是非常明顯的：電容濾波靠的是電容與負載并聯(lián)，負載電阻越大，相比較之下容抗越小，紋波成份將主要從電容中流過。

電感濾波靠的是電感與負載串聯(lián)，負載電阻越小，相比較之下感抗越大，紋波成份將主要降落在電感上。

和全波整流電容濾波變壓器次級電流波形(見整流雜談(三)圖02)相比較，可以看出來：電感濾波變壓器繞組中電流波形的波形系數(shù)比較小，也就是說，有效值和平均值之比比較小。

上面我們介紹的是全波整流。

如果是橋式整流，使用電感濾波，那么電感的工作與全波整流完全相同，負載兩端的電壓波形也完全相同，不同的僅僅是變壓器繞組中在交流電的兩半個周期中都有電流，是雙向的。

橋式整流雖多用兩支二極管，但波形系數(shù)比全波整流更小，變壓器的利用率更高。

如下圖。

既然電感濾波電路中變壓器繞組電流的波形系數(shù)比電容濾波電路要小，那么輸出同樣的直流功率，電感濾波電路所使用的變壓器容量是否可以比電容濾波電路所使用的變壓器小一些呢？

要輸出同樣的直流功率，電感濾波電路所使用的變壓器容量確實可以比電容濾波電路所使用的變壓器容量小一些，幾乎可以小一半。

但是，變壓器體積重量等等的減小，很可能被濾波電感的體積重量所抵消。

要知道濾波電感也是具有鐵芯和繞組的一個比較大也比較重的東西。

回到本帖開始那張表。

那表告訴我們：在電路中，電感和電容是對偶的，串聯(lián)和并聯(lián)是對偶的，電壓和電流是對偶的。

我們又知道，圖01中，由于電容C的充電和放電，使得C兩端電壓基本保持穩(wěn)定，對負載來說，電容C近似一個電壓源，意思就是：負載有比較小的突然變化時，兩端電壓基本不變。

那么，如圖02的電感濾波，對負載來說，是否仍是一個電壓源？還是依照本帖開始的表，它應(yīng)該是對偶的電流源？

我們只需要考察一下當負載有比較小的突然變化時，是負載兩端電壓不變還是流過負載的電流不變即可。

圖02中，流過負載的電流就是流過電感的電流。

所以，可以肯定地說，當負載ZL有個比較小的突然變化時，由于電感要保持其中的電流不變，所以流過負載的電流也不變。

對負載來說，這是一個電流源，或者說，從負載兩端向左看過去，是個電流源。

這樣的電流源，在負載突然變輕(負載電阻突然變大)時，負載兩端電壓會突然上升。

這種特性對多數(shù)電子設(shè)備來說是不允許的。

由于大多數(shù)直流用電設(shè)備要求兩端電壓不變，所以圖02并不能直接使用，往往要在負載兩端并聯(lián)一支比較大的電容C，如圖08，以使變壓器、整流、濾波部分成為對負載來說是近似的電壓源。

這就成了所謂LC濾波電路。

這種LC濾波電路，在很老式(上個世紀40年代)的真空管收音機和小型發(fā)射機中用得相當多。

負載并聯(lián)上電容C之后，我們看到電感L和電容C是串聯(lián)關(guān)系。

這是不是構(gòu)成了LC串聯(lián)諧振電路？要知道，串聯(lián)諧振電路在諧振時，電容或者電感兩端電壓可以大于供電電壓，甚至大上很多倍。

電感L和電容C確實構(gòu)成LC串聯(lián)諧振電路。

不過，是否發(fā)生串聯(lián)諧振，那還要看信號源(圖08中就是整流輸出)頻率是否等于該諧振電路的固有頻率。

工頻是50Hz，整流后含很多頻率，其中基波頻率是100Hz。

如果LC串聯(lián)后的固有頻率恰為100Hz，那么就會發(fā)生諧振，如果LC回路的Q值稍高，電感L兩端和電容C兩端電壓也可能變得相當高，此時電容C可能被擊穿，更可能損壞負載。

所以，電感L和電容C的電感量和電容量數(shù)值，務(wù)必不能使該電路固有頻率落到100Hz上，甚至落到100Hz附近都不行(事實上此時也沒有濾波作用)，一定要讓L和C固有頻率落到遠低于50Hz，例如5Hz以下。

即使如此，負載變化的頻率(例如手動控制一個電熱器不斷開關(guān)，這也是一種擾動)也不能落到電感L和電容C串聯(lián)后的固有頻率附近，那也會發(fā)生諧振，可能會使電感L和電容C兩端電壓變得相當高。

二戰(zhàn)時美國和蘇聯(lián)生產(chǎn)的軍用小型報話兩用電臺，通話時不存在因負載變化而使LC濾波電路發(fā)生諧振的問題，因為語音不可能包括數(shù)Hz的頻率，但發(fā)送電報時就有這個問題。

當時還是人工電報，手動按鍵發(fā)報的頻率就是數(shù)Hz，會引起LC濾波電路發(fā)生諧振。

為避免電感和電容兩端電壓過高，不得不在電感兩端并聯(lián)一支電阻來增加損耗，以降低LC回路的Q值。

電子設(shè)備中電感電容濾波使用得比較少，這也是原因之一。

那么，在負載ZL兩端并聯(lián)了電容C之后，負載兩端電壓倒底是書上說的：電容濾波負載兩端電壓最大為變壓器繞組電壓有效值的1.414倍？還是本帖圖05前面那段所說的變壓器繞組電壓有效值的0.9倍？

這個問題比較復(fù)雜，不但和電感量有關(guān)，還和負載電阻有關(guān)。

由于本文不擬使用較多數(shù)學(xué)列式計算，所以只作定性說明：電感中電流連續(xù)(沒有電流為零的時刻)，負載兩端電壓就能夠保持次級繞組電壓有效值的0.9倍。

當電感中電流不連續(xù)時，負載兩端電壓會升高，接近電容濾波。

顯然，電感量越小，負載電阻越大，越接近于電容濾波。

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整流雜談(二)

整流雜談(三)

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電源方面，我個人覺得水挺深，跟著maychang老師學(xué)習(xí)下，哈哈哈，順便占個沙發(fā)。

非常好的內(nèi)容，建議maychang把字號調(diào)大點。

chunyang發(fā)表于2017-3-222:28非常好的內(nèi)容，建議maychang把字號調(diào)大點。

發(fā)帖時調(diào)過，結(jié)果是有些段落字大，有些段落字小，不知道為什么。

甚至還有些段落字是藍色的，不過顏色后來都改過來了。

huaiqiao發(fā)表于2017-3-221:42電源方面，我個人覺得水挺深，跟著maychang老師學(xué)習(xí)下，哈哈哈，順便占個沙發(fā)。

感覺“水很深”的內(nèi)容，都是無法集成到芯片里面的分立元器件。

凡是能夠集成的，芯片的設(shè)計者已經(jīng)把絕大部分工作替使用者做完了，使用者只要按照說明書用就行。

這樣當然就沒有“水很深”的感覺了。

maychang發(fā)表于2017-3-222:59感覺“水很深”的內(nèi)容，都是無法集成到芯片里面的分立元器件。

凡是能夠集成的，芯片的設(shè)計者已經(jīng)把絕大部...

是的，像現(xiàn)在用ti的電源芯片，完全是按照人家的手冊走的，所以出來也沒有問題。

學(xué)習(xí)了，感謝感謝

maychang發(fā)表于2017-3-222:55發(fā)帖時調(diào)過，結(jié)果是有些段落字大，有些段落字小，不知道為什么。

甚至還有些段落字是藍色的，不過顏色后來...

maychang老師，剛把字號調(diào)整4號了

確實是這樣的，剛我試了一下，大多數(shù)出問題的段落是在到圖片之后，等技術(shù)來了，讓他幫忙找找原因

nmg發(fā)表于2017-3-308:36maychang老師，剛把字號調(diào)整4號了確實是這樣的，剛我試了一下，大多數(shù)出問題的段落是在...

謝謝。

4號字可能太大，2號字已經(jīng)足夠。

字太大了，看著也不舒服。

maychang發(fā)表于2017-3-309:06謝謝。

4號字可能太大，2號字已經(jīng)足夠。

字太大了，看著也不舒服。

調(diào)整成2號的啦，這回很容易，ctrl+a，然后選字號，整體一起變過來了。

maychang老師可以自己再調(diào)整下。

nmg發(fā)表于2017-3-309:23調(diào)整成2號的啦，這回很容易，ctrl+a，然后選字號，整體一起變過來了。

maychang老師可以自己再調(diào)...

看著2號字感覺小，我又禁不住加了1號

nmg發(fā)表于2017-3-309:23調(diào)整成2號的啦，這回很容易，ctrl+a，然后選字號，整體一起變過來了。

maychang老師可以自己再調(diào)...

多謝，多謝！

全波整流電感濾波存在一個問題:電感電流全部流經(jīng)變壓器二次側(cè),有一個附加銅損

要輸出同樣的直流功率，電感濾波電路所使用的變壓器容量確實可以比電容濾波電路所使用的變壓器容量小一些，幾乎可以小一半。

但是，變壓器體積重量等等的減小，很可能被濾波電感的體積重量所抵消。

要知道濾波電感也是具有鐵芯和繞組的一個比較大也比較重的東西。

應(yīng)用中很多這樣的案例,比如說移相全橋吧,如果不考慮諧振電感,那么頻率上去了,變壓器的體積變小了,但實際上到了實際產(chǎn)品中,那個諧振電感的體積只比主變壓器小那么一點點,熱量拆東墻補西墻,效率并沒有多大的提升,成本上不少,不過也不是一無是處,至少EMI下來了.

PowerAnts發(fā)表于2017-3-309:48全波整流電感濾波存在一個問題:電感電流全部流經(jīng)變壓器二次側(cè),有一個附加銅損

“全波整流電感濾波存在一個問題:電感電流全部流經(jīng)變壓器二次側(cè)”全波整流電感濾波，電感電流是交替流過兩半個二次繞組，電壓過零時換流。

我沒有說錯吧？

PowerAnts發(fā)表于2017-3-310:56要輸出同樣的直流功率，電感濾波電路所使用的變壓器容量確實可以比電容濾波電路所使用的變壓器容量小一些，...

諧振電感要儲存能量，而且儲存的能量不少，是每個周期傳遞能量的若干倍，當然體積比較大。

成本比較高，可能是這類電路使用不廣泛的原因之一。

maychang發(fā)表于2017-3-311:50“全波整流電感濾波存在一個問題:電感電流全部流經(jīng)變壓器二次側(cè)”全波整流電感濾波，電感電流是交替流...

你說的完全正確!我在15樓的意思是說,全波整流的二次側(cè)電流等于濾波電感的電流,而濾波電流的電流大于變壓器輸出電流.所以有個附加的銅損,其實全格整流電感濾波也有同樣的情況,只是沒全波的突出.

PowerAnts發(fā)表于2017-3-312:20你說的完全正確!我在15樓的意思是說,全波整流的二次側(cè)電流等于濾波電感的電流,而濾波電流的電流大于變壓...

那我就可以放心了。

我還以為哪里分析錯了。

最近幾年，感覺思想越來越遲鈍，再沒有當年那種速度了。

maychang發(fā)表于2017-3-312:26那我就可以放心了。

我還以為哪里分析錯了。

最近幾年，感覺思想越來越遲鈍，再沒有當年那種速度了。

我倒是覺得你的思維比部份年輕人還要敏捷,再加上深厚的功底,若是年輕20歲,當個總工絕對沒問題