Galios filtrai

Įvairūs elektroniniai prietaisai reikalauja įtampos šaltinių nuolatinės srovės įrenginiams maitinti. Išėjimo įtampa lygintuvai turi pulsuojančią išvaizdą. Jame galite pasirinkti vidutinę arba nuolatinę įtampos komponentą ir kintamąjį komponentą, vadinamą pulsacijos įtampa arba išėjimo įtampos pulsacija.

Taigi pulsacija lemia išėjimo įtampos momentinės vertės nuokrypį nuo vidutinės ir gali būti tiek teigiamas, tiek neigiamas. Įtampa apibūdinama dviem veiksniais: bangų dažniu ir amplitudė. Lygintuvuose pulsacijos dažnis yra toks pat kaip įėjimo įtampos dažnis (pusinės bangos lygintuve) arba dvigubai didesnis (visos bangos lygintuve).

Pusinės bangos lygintuve išėjimo įtampai gauti naudojama tik viena įėjimo įtampos pusės banga, o išėjimo įtampa yra vienakrypčių pusbangių forma, atsižvelgiant į įėjimo įtampos dažnį.

Pilnos bangos lygintuvuose (tiek nuliniame taške, tiek tiltiniame) išėjimo įtampos pusbangius sudaro kiekviena įėjimo įtampos pusbanga. Todėl bangos dažnis čia yra dvigubai didesnis tinklo dažnis… Jeigu srovės dažnis tinkle yra 50 Hz, tai pusbangio lygintuvo bangų dažnis bus toks pat, o pilnos bangos lygintuve – 100 Hz.

Lygintuvo išėjimo įtampos pulsacijos amplitudė turi būti žinoma eilės tvarka. nustatyti vidutinės įtampos dedamąją skleidžiančių lygintuvų išėjime įrengtų filtrų efektyvumą. Ši amplitudė paprastai apibūdinama pulsacijos koeficientu (Erms), kuris apibrėžiamas kaip išėjimo įtampos kintamo komponento efektyvios vertės ir jos vidutinės vertės (Edc) santykis:

r = Erms /Red

Kuo mažesnis pulsacijos koeficientas, tuo didesnis filtro efektyvumas. Procentais išreikštas bangavimo koeficientas taip pat dažnai naudojamas praktikoje:

(Erms /Edc)x100%.

Žemo dažnio filtrai dažniausiai naudojami maitinimo šaltiniuose. Šie filtrai iš įvesties į išėjimą perduodami beveik neslopindami ar slopindami, signalus, kurių dažniai yra žemiau filtro ribinio dažnio, o visi aukštesni dažniai praktiškai neperduodami į filtro išėjimą.

Filtrai yra vykdomi rezistoriai, induktoriai ir kondensatoriai… Maitinimo šaltiniuose naudojami filtrai, kuriais siekiama išlyginti lygintuvo išėjimo įtampos pulsaciją ir izoliuoti nuolatinės srovės įtampos komponentą.

Maitinimo įrenginiuose naudojami filtrai skirstomi į du pagrindinius tipus:

• filtrai su talpine įvestimi,

• indukciniai įvesties filtrai.

Naudojami įvairūs filtro elementų įtraukimo deriniai, kurie turi skirtingus pavadinimus (U formos filtras, L formos filtras ir kt.). Pagrindinis filtro tipas nustatomas pagal filtro elementą, sumontuotą tiesiai prie lygintuvo išėjimo.

Fig. 1a ir 1b parodyti pagrindiniai filtrų tipai. Pirmajame iš jų filtro kondensatorius yra prijungtas prie lygintuvo išėjimo ir šuntuoja apkrovą. Per filtro kondensatorių uždaroma pagrindinė lygintuvo kintamosios srovės komponento dalis. Antrajame prie lygintuvo išvesties yra prijungtas filtro droselis, kuris sudaro nuoseklią grandinę su apkrova ir neleidžia keisti šios serijos srovės.

Ryžiai. 1

Talpinis įvesties filtras užtikrina aukštesnį išėjimo įtampos lygį nei indukcinis įvesties filtras, o indukcinis įvesties filtras geriau sumažina įtampos pulsaciją. Taigi, kai reikia didesnės maitinimo įtampos, patartina naudoti talpinį įvesties filtrą, o kai reikalinga geresnė nuolatinės srovės išvesties kokybė – indukcinį įvesties filtrą.

Talpinis įvesties filtras

Prieš svarstant sudėtingų filtrų veikimą, būtina suprasti paprasčiausio talpinio filtro, parodyto Fig. 2a. Lygintuvo išėjimo įtampa be filtro ekrane fig. 2b, o esant filtrui - fig. 2c. Jei nėra filtro kondensatoriaus, Rl įtampa yra pulsuojanti. Vidutinė šios įtampos vertė yra lygintuvo išėjimo įtampa.

Ryžiai. 2

Esant filtro kondensatoriui, pagrindinė kintamosios srovės dedamosios srovės dalis uždaroma per kondensatorių, apeinant apkrovą Rl... Atsiradus pirmajai išėjimo įtampos pusbangiui filtro kondensatorius pradės krauti teigiamas korpusas, jo įtampa pasikeis pagal lygintuvo išėjimo įtampą ir pusės ciklo pabaigoje pasieks maksimalią vertę.

Be to, transformatoriaus antrinė įtampa krenta ir kondensatorius pradeda išsikrauti per R1, išlaikant teigiamą įtampą ir srovę apkrovoje aukštesniame lygyje nei būtų be filtro.

Kol kondensatorius gali visiškai išsikrauti, atsiranda antroji teigiamos įtampos pusės banga, kuri vėl įkrauna kondensatorių iki didžiausios vertės. Kai tik antrinės apvijos įtampa pradeda mažėti, kondensatorius vėl pradės išsikrauti į apkrovą. Ateityje kondensatoriaus įkrovimo ir iškrovimo ciklai keičiasi kiekvieną pusę ciklo,

Kondensatoriaus įkrovimo srovė teka per transformatoriaus antrinę apviją ir lygintuvo diodų porą, atitinkančią šį pusciklą, o kondensatoriaus iškrovos srovė uždaroma per apkrovą Rl... Kondensatoriaus reaktyvioji varža ties tinklo dažnis yra mažas, palyginti su Rl. Todėl kintamoji srovės dedamoji daugiausia teka per filtro kondensatorių ir praktiškai teka per Rl D.C..

Indukcinis įvesties filtras

Apsvarstykite indukcinį įvesties filtrą arba L formos LC filtrą. Jo įtraukimas į lygintuvą ir išėjimo įtampos bangos forma parodyta 3 paveiksle.

Ryžiai. 3

Serijinis ryšys filtro droselis (L) su apkrova slopina srovės pokyčius grandinėje. Išėjimo įtampa čia yra mažesnė nei naudojant talpinį įvesties filtrą, nes droselis sudaro nuoseklųjį ryšį su varža, suformuota lygiagrečiai sujungus apkrovą ir filtro kondensatorių. Toks sujungimas leidžia gerai išlyginti įtampos bangą, veikiančią filtro įvestyje, pagerinant pastovios išėjimo įtampos kokybę, nors ir sumažina jos vertę.

Lygintuvo išėjimo įtampos kintamosios srovės komponentas yra beveik visiškai izoliuotas nuo droselio induktyvumo, o vidurinis komponentas yra maitinimo išėjimo įtampa. Droselio buvimas lemia tai, kad lygintuvo diodų laidžiosios būsenos trukmė čia, skirtingai nei lygintuvo su talpiniu filtru, yra lygi pusei laikotarpio.

Droselio reaktyvumas (L) sumažina pulsacinės įtampos vertę, nes neleidžia droselio srovei didėti, kai lygintuvo išėjimo įtampa yra didesnė už apkrovos įtampą, taip pat neleidžia srovei mažėti, jei lygintuvo išėjimo įtampa yra mažesnė. nei vidutinė reikšmė.Todėl srovė apkrovoje veikimo laikotarpiu yra praktiškai pastovi, o bangų įtampa nuo apkrovos srovės nepriklauso.

Kelių sekcijų indukcinis-talpinis filtras

Išėjimo įtampos filtravimo kokybę galima pagerinti sujungiant kelis filtrus nuosekliai. Fig. 4 parodytas dviejų pakopų LC filtras ir apytiksliai parodytos įtampos bangos formos skirtinguose filtro taškuose, palyginti su bendru tašku.

Ryžiai. 4

Nors čia rodomi du nuosekliai sujungti LC filtrai, jungčių skaičių galima padidinti. Padidinus jungčių skaičių, pulsacija mažėja (o filtrai su daugybe jungčių naudojami būtent tada, kai reikia gauti minimalų išėjimo įtampos pulsaciją), tačiau tai sumažina stabilizatorių su tokiais filtrais stabilumą. Be to, padidėjus jungčių skaičiui, padidėja nuosekliai su maitinimo šaltiniu sujungta varža, o tai padidina išėjimo įtampos pokyčius, pasikeitus apkrovos srovei.

U formos filtras

Fig. 5 parodytas U formos filtras, taip vadinamas, nes jo grafinis vaizdas primena raidę P. Tai talpinių ir L formos LC filtrų derinys.

Ryžiai. 5

Rezistorius R, kuris yra prijungtas prie filtro išvesties, beveik visada yra maitinimo šaltiniuose ir yra neprivalomas atsparumas apkrovai… Jos tikslas yra dvejopas.

Pirma, jis suteikia kondensatorių iškrovos kelią, kai nutrūksta tinklo įtampa, ir taip apsaugo nuo elektros smūgio galimybei aptarnaujančiam personalui.

Antra, jis suteikia papildomą apkrovą maitinimo šaltiniui net išjungus išorinę apkrovą ir taip stabilizuoja išėjimo įtampos lygį. Šis rezistorius taip pat gali būti naudojamas kaip elementas varžinis įtampos daliklis dėl papildomų išėjimų.

U formos filtras yra filtras su kondensatoriaus įėjimu, papildytu L formos jungtimi.Pagrindinį filtravimo veiksmą atlieka kondensatorius C1, kuris įkraunamas per laidžius diodus ir iškraunamas per L ir R... Kaip ir įprasto filtro su talpine įėjimu, kondensatoriaus įkrovimo laikas yra žymiai trumpesnis nei išsikrovimo laikas. .

Droselis L išlygina srovės, tekančios per kondensatorių C2, raibuliavimą, suteikdamas papildomą filtravimą. Kondensatoriaus C2 įtampa yra išėjimo įtampa. Nors jo vertė yra šiek tiek mažesnė nei maitinant įprastu talpiniu filtru, tačiau išėjimo įtampos pulsacija žymiai sumažėja.

Net jei darysime prielaidą, kad kondensatorius C1 per lygintuvo laidžius diodus įkraunamas iki įėjimo kintamosios įtampos amplitudės vertės, o po to iškraunamas per R, kondensatoriaus C2 įtampa bus mažesnė nei C1, nes Droselis L, kuris neleidžia keisti apkrovos srovės, stovi kondensatoriaus C1 iškrovos grandinėje ir kartu su C2 ir R sudaro įtampos daliklį.

Kondensatorių C1 ir C2 įkrovimo srovė eina per transformatoriaus antrinę apviją ir lygintuvo laidžius diodus. Taip pat, kai įkraunamas C2, ši srovė teka per droselį L... Kondensatorius C1 išsikrauna per nuosekliai sujungtus L ir R, o C2 išsikrauna tik per varžą R. Įėjimo kondensatoriaus C1 iškrovos greitis priklauso nuo varžos vertės R.

Kondensatorių iškrovos laiko konstanta yra tiesiogiai proporcinga R reikšmei... Jei ji didelė, tai kondensatoriai šiek tiek išsikrauna ir išėjimo įtampa yra aukšta.Esant mažesnėms R reikšmėms, iškrovos greitis didėja, o išėjimo įtampa sumažės, nes mažinant R reiškia, kad padidėja kondensatoriaus iškrovos srovė. Taigi, kuo mažesnė kondensatoriaus iškrovos laiko konstanta, tuo mažesnė vidutinė išėjimo įtampos vertė.

U formos C-RC filtras

Skirtingai nuo ką tik aptarto filtro U formos C-RB C filtre, tarp dviejų kondensatorių vietoj droselio prijungiamas rezistorius R.1 kaip parodyta pav. 6.

Pagrindinius skirtumus ir filtro veikimą lemia skirtingas droselio atsakas ir kintamosios srovės varža. Ankstesniu atveju induktoriaus L ir kondensatoriaus C2 reaktyvinės varžos yra tokios, kad jų suformuotas įtampos daliklis sąlyginai geriau išlygina išėjimo įtampą.

Fig. 6, tiek nuolatinės, tiek kintamosios srovės komponentai išlygintos srovės per R1. Dėl įtampos kritimo per R1 nuo nuolatinės srovės komponento išėjimo įtampa mažėja ir kuo didesnė srovė, tuo didesnis šis įtampos kritimas. Todėl C-RC filtrą galima naudoti tik esant mažoms apkrovos srovėms. Kaip ir indukcinių-talpinių filtrų atveju, galima naudoti kelių lygių filtrų grandinių jungtį.

Ryžiai. 6

Bet kokiu atveju filtrų pasirinkimas nėra lengva problema, tačiau bet kuriuo atveju turite suprasti jų paskirtį ir veikimo principus, nes jie iš esmės lemia teisingą maitinimo šaltinių veikimą.