以下文章來源于汽車電控知識；作者安已樂人

在電子電路中，常常會用到濾波電路，尤其是電源芯片，有的是電容濾波，有的是電感濾波，電容和電感濾波的作用看起來差不多，那么它們之間有什么區(qū)別呢？在實際應(yīng)用中又如何選擇呢？

1.電容濾波

電容的基本特性是隔斷直流電，通過交流電，也就是“隔直通交”。這是因為電容的容抗與交流電的頻率呈反比關(guān)系，即Xc = 1 /（2πfC），也就是頻率越高，容抗越低，頻率越低，容抗越高。

所以可以理解為電容在直流電和極低頻的交流電時呈高阻狀態(tài)，無法通過。而在高頻交流電時會呈短路效應(yīng)，很容易通過。

電容濾波也是利用了這個基本特性，比如電源中濾波電容的目的是濾除紋波，而紋波的頻率非常低，在頻率f很小的情況下，要想獲得低容抗Xc，就需使用大容量的電容，所以濾波電容通常為uf級，比如10uF,100uF的有極性的電解電容。

濾波電容1

濾波電容除了利用電容對頻率的阻抗特性外，還可以利用電容的儲能特性，也就是電容的充電放電特性來濾除紋波，達(dá)到穩(wěn)壓的作用。

比如在整流電路中的，如果是半波整流，則交流電經(jīng)整流后變?yōu)橹芷谛缘膯蜗蛎}動直流電，這個紋波的波動太大，負(fù)載是無法使用的。

濾波電容2

此時加入濾波電容后，當(dāng)整流輸出的電壓高于電容C1電壓時，電流對電容充電，同時向負(fù)載供電。由于電容的充電時間與充電回路的電阻R充和電容C1的乘積R充C1成正比，此時充電回路的電阻R充=Ro//RL，雖然RL很大，但是由于半波整流的電阻Ro很小≈0，所以R充=Ro//RL≈0，R充C≈0，也就是充電時間很小，電容會快速完成充電，電容兩端電壓達(dá)到最大值；

??當(dāng)整流輸出電壓低于電容電壓時，電容向負(fù)載放電，填補(bǔ)電壓低谷，減少紋波幅度。R放C=RL*C1,由于RL通常很大，而電容器的容量C1越大，儲能能力越強(qiáng)，放電時間越長，輸出電壓也就越平滑。

所以濾波電容濾除的是低頻的紋波擾動。

2.電感濾波

電感的基本特性與電容剛好相反，電感是“通直流、阻交流”，這是因為電感的感抗XL與頻率f和電感L成正比，即XL=2πfL，也就是當(dāng)信號的頻率越高，電感值越大時，它的感抗越大，它的阻礙作用越強(qiáng)。

電感的原理是楞次定律，當(dāng)流過電感線圈中的電流發(fā)生變化時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢要阻礙電流的變化，感應(yīng)電流的磁通量總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。

所以可以理解為電感在高頻交流電的瞬時呈高阻狀態(tài)，阻礙通過。而在直流電時相當(dāng)于一根導(dǎo)線，會呈短路效應(yīng)，很容易通過。注意這里的高阻狀態(tài)只是阻礙，不是阻止，它只能延緩信號的通過，讓信號緩和的通過，而不是阻止信號通過。

我們以橋式整流電路為例，看下電感的濾波過程。

電感濾波

上圖中左側(cè)的變壓器T1輸出交流電U2，U2經(jīng)過橋式整流電路（D1-D4）后變?yōu)橹绷麟?，但是這個直流電并不穩(wěn)定，它是脈動的。雖然這個整流電路是全波整流，相對于半波整流，它的脈動幅度沒那么大，也就是紋波的波動相對小一些，但是仍然會影響負(fù)載的使用。

所以這個脈動直流電首先需要經(jīng)過電感L，這個L1就是濾波電感。

電感L1濾波后的波形

這個電感會使得電壓的上升和下降過程變慢，會濾掉電壓波形中過高和過低的部分，讓電壓波形中的上升曲線和下降曲線都變得平滑，達(dá)到濾波穩(wěn)壓的作用，最后得到1個紋波很小的直流電。

3.電容濾波與電感濾波的區(qū)別

3.1連接方式

首先，電容與電感濾波在電路中的連接方式是不同的，電容與負(fù)載是并聯(lián)，而電感是串聯(lián)。

電容并聯(lián)與電感串聯(lián)

主要原因就是電容的隔直通交，與電感的通直阻交特性是相反的，而濾波后負(fù)載端需要的是一個穩(wěn)定的直流，所以就導(dǎo)致了電容是并聯(lián)，流過電容的是需要濾除的交流電，而電感是串聯(lián)，流過電感的是需要使用的直流電。

3.2.負(fù)載功率

負(fù)載的大小主要是針對負(fù)載的額定功率而言，功率較小的產(chǎn)品一般都是采用電容濾波，比如直流穩(wěn)壓電源通常采用電容濾波，但是這個負(fù)載大小是相對的，也不是絕對的，所以有的直流穩(wěn)壓電源也會采用電感濾波。

還有1個就是成本原因，由于電感器是銅線繞制的，相對電容器來說，它的成本更高，所以在兩者都可以使用的情況下，也就是使用兩者的濾波效果差不多時，通常使用電容器多一些。

我們以1個常見的電容濾波電路為例，看看如何選擇濾波電路。

電容濾波

如上圖所示，當(dāng)RL的功率較小時，電容通過充放電可以使輸出的電壓更平滑。負(fù)載功率PL=UI=U2/R，在U不變的情況下，RL越小，功率越大，當(dāng)然電流也越大。

功率越大，就要求濾波電容的容量越大，而容量越大，濾波電容的體積也會越大，所以大功率的負(fù)載對濾波電容的容量和體積有了更高的要求。

此外，功率越大，電流I越大，流過整流二極管D1的電流也會越大，D1一般是用肖特基二極管或者快恢復(fù)二極管，它的特點是開關(guān)速度很快，但是能承受的功率和電流是有限的，大電流很容易把二極管D1損壞掉。

此時可以不使用電容，而是在電路中串聯(lián)1個電感L1。電感對電流有阻礙作用，也就是流過電感中的電流不能突變，所以加入電感后，回路中的電流會緩慢上升，濾掉峰值電流，這樣就減小了電流對整個回路的沖擊，也就減小了對二極管D1的沖擊。

電感濾波

電感濾波電路結(jié)構(gòu)簡單，對高頻諧波衰減效果好，但是對低頻的衰減能力有限，需要很大的電感才能達(dá)到理想的效果。

更好的方式是采用LC濾波，也就是串聯(lián)電感后再并聯(lián)1個電容。

LC濾波

LC濾波電路中的電感減小了電流對二極管D1的沖擊。而且輸出電流和電壓平緩后，電容C1的值也可以減小，不需要選用容量和體積很大的電容，雖然LC濾波增加了1個電容，成本更高一些，但是這種波電路能更有效的濾除不同頻率的諧波，效果更好。

但是這里有個問題需要注意，就是流過電感中的電流雖然不能突變，但是電感輸入端的電壓是會瞬間升高的，如果這個電壓很大，會容易造D1的反向擊穿，所以更安全的方法是在電感的輸入端再加1個電容C2，形成Π型濾波，這樣C2就可以起到穩(wěn)壓的作用，防止二極管D1的反向擊穿。

Π型濾波

派型濾波采用雙電容的結(jié)構(gòu)，對低頻干擾的抑制效果要優(yōu)于LC濾波，在負(fù)載變化時能維持較穩(wěn)定的輸出電壓。但是高頻的濾除能力會弱于LC濾波，所以適用于低頻場景。

4.小結(jié)

電容濾波體積小，成本低，適合小功率負(fù)載；電感濾波體積大，成本高，適合大功率負(fù)載，電感濾波可以防止回路電流過大，但也會產(chǎn)生脈沖高電壓。

根據(jù)實際情況也可以選擇LC或Π型濾波，LC可以提供比純電感或電容濾波器更靈活的頻率響應(yīng)，適合高頻噪聲抑制的大電流場景。Π型雖然可以提供更寬的頻率響應(yīng)范圍和更好的帶外抑制能力，但是需要更高的元件精度，在高頻應(yīng)用中的實現(xiàn)和維護(hù)較為困難。