Филтери за напајање

Различити електронски уређаји захтевају изворе напона за напајање ДЦ уређаја. Излазни напон исправљачи има пулсирајући изглед. У њему можете изабрати просечну или једносмерну компоненту напона и променљиву компоненту која се назива таласни напон или таласање излазног напона.

Дакле, таласање одређује одступање тренутне вредности излазног напона од просека и може бити и позитивно и негативно. Напон карактеришу два фактора: фреквенција и амплитуда таласа. Код исправљача, фреквенција таласа је или иста као фреквенција улазног напона (у полуталасном исправљачу) или двоструко већа (у пуноталасном исправљачу).

У полуталасном исправљачу се за добијање излазног напона користи само један полуталас улазног напона, а излазни напон је у облику једносмерних полуталаса, пратећи фреквенцију улазног напона.

Код пуноталасних исправљача (и нулте тачке и моста), полуталаси излазног напона формирају се сваким полуталасом улазног напона. Стога је фреквенција таласа овде двоструко већа од те фреквенција мреже… Ако је фреквенција струје у мрежи 50 Хз, онда ће фреквенција таласа у полуталасном исправљачу бити иста, а у пуноталасном исправљачу 100 Хз.

Амплитуда таласа излазног напона исправљача мора бити позната по реду. за одређивање ефикасности филтера уграђених на излазу исправљача који емитују средњенапонску компоненту. Ова амплитуда се обично карактерише фактором таласања (Ермс), који је дефинисан као однос ефективне вредности променљиве компоненте излазног напона и његове просечне вредности (Едц):

р = Ермс /Едц

Што је мањи фактор таласања, већа је ефикасност филтера. Фактор таласања изражен као проценат се такође често користи у пракси:

(Ермс /Едц)к100%.

Нископропусни филтери се обично користе у изворима напајања. Ови филтери пролазе са улаза на излаз, готово без слабљења или слабљења, сигнале чије су фреквенције испод граничне фреквенције филтера, а све веће фреквенције се практично не преносе на излаз филтера.

Филтери су извршни отпорници, индуктори и кондензатори… Употреба филтера у изворима напајања има за циљ да изглади таласање излазног напона исправљача и изолује једносмерну компоненту напона.

Филтери који се користе у уређајима за напајање подељени су у два главна типа:

• филтери са капацитивним улазом,

• индуктивни улазни филтери.

Користе се различите комбинације укључивања филтерских елемената, који имају различите називе (филтер у облику слова У, филтер у облику слова Л, итд.). Тип главног филтера је одређен филтерским елементом инсталираним директно на излазу исправљача.

На сл. 1а и 1б приказују главне типове филтера. У првом од њих, кондензатор филтера је повезан са излазом исправљача и схунтује оптерећење. Кроз филтер кондензатор, главни део АЦ компоненте исправљача је затворен. У другом је на излаз исправљача прикључена филтерска пригушница која са оптерећењем формира серијско коло и спречава било какве промене струје у овом серијском колу.

Пиринач. 1

Капацитивни улазни филтер обезбеђује виши ниво излазног напона од индуктивног улазног филтера, а индуктивни улазни филтер боље смањује таласање напона. Стога је препоручљиво користити капацитивни улазни филтер када је потребан већи напон напајања, и индуктивни улазни филтер када је потребан бољи квалитет излаза једносмерне струје.

Капацитивни улазни филтер

Пре разматрања рада сложених филтера, неопходно је разумети рад најједноставнијег капацитивног филтера приказаног на Сл. 2а. Излазни напон исправљача без филтера на дисплеју ио на сл. 2б, а у присуству филтера - на сл. 2ц. У одсуству филтерског кондензатора, напон у Рл има пулсирајући карактер. Просечна вредност овог напона је излазни напон исправљача.

Пиринач. 2

У присуству филтер кондензатора, главни део компоненте наизменичне струје се затвара кроз кондензатор, заобилазећи оптерећење Рл... Са појавом првог полуталаса излазног напона. кондензатор филтера ће почети да се пуни позитиван на кућиште, напон на њему ће се променити у складу са излазним напоном исправљача и на крају половине полупериода ће достићи своју максималну вредност.

Поред тога, секундарни напон трансформатора опада и кондензатор почиње да се празни кроз Р1, одржавајући позитивни напон и струју у оптерећењу на вишем нивоу него што би био без филтера.

Пре него што се кондензатор потпуно испразни, јавља се други полуталас позитивног напона, који поново пуни кондензатор до његове максималне вредности. Чим напон секундарног намотаја почне да се смањује, кондензатор ће поново почети да се празни до оптерећења. У будућности, циклуси пуњења и пражњења кондензатора се смењују у сваком полупериоду,

Струја пуњења кондензатора тече кроз секундарни намотај трансформатора и пар исправљачких диода који одговарају овом полупериоду, а струја пражњења кондензатора се затвара кроз оптерећење Рл... Реактанца кондензатора на фреквенција мреже је мала у поређењу са Рл. Дакле, променљива компонента струје тече углавном кроз кондензатор филтера и практично тече кроз Рл Д.Ц..

Индуктивни улазни филтер

Размотрите индуктивни улазни филтер или ЛЦ филтер у облику слова Л. Његово укључивање у исправљач и таласни облик излазног напона приказани су на слици 3.

Пиринач. 3

Серијска веза филтер пригушница (Л) са оптерећењем инхибира промене струје у колу. Излазни напон је овде мањи него код капацитивног улазног филтера јер пригушница формира серијску везу са импедансом формираном паралелном везом оптерећења и филтерског кондензатора. Таква веза доводи до доброг изглађивања таласа напона који делује на улазу филтера, побољшавајући квалитет константног излазног напона, иако смањује његову вредност.

АЦ компонента излазног напона исправљача је скоро потпуно изолована од индуктивности пригушнице, а средња компонента је излазни напон напајања. Присуство пригушнице доводи до чињенице да је трајање проводног стања исправљачких диода овде, за разлику од исправљача са капацитивним филтером, једнако половини периода.

Реактанса пригушнице (Л) смањује вредност таласног напона јер спречава повећање струје пригушнице када је излазни напон исправљача већи од напона оптерећења, а такође спречава смањење струје ако је излазни напон исправљача мањи од просечне вредности.Због тога је струја у оптерећењу током периода рада практично константна, а напон таласа не зависи од струје оптерећења.

Вишесекцијски индуктивно-капацитивни филтер

Квалитет филтрирања излазног напона може се побољшати повезивањем неколико филтера у низу. На сл. Слика 4 приказује двостепени ЛЦ филтер и грубо приказује таласне облике напона у различитим тачкама на филтеру у односу на заједничку тачку.

Пиринач. 4

Иако су овде приказана два серијски повезана ЛЦ-филтера, број прикључака се може повећати. Повећање броја прикључака доводи до смањења таласања (а филтери са много прикључака се користе управо када је потребно да се добије минимално таласање излазног напона), али то смањује стабилност стабилизатора са таквим филтерима. Поред тога, повећање броја прикључака доводи до повећања отпора повезаног серијски са напајањем, што доводи до повећања промена излазног напона са променом струје оптерећења.

Филтер у облику слова У

На сл. На слици 5 приказан је филтер у облику слова У, назван тако јер његов графички приказ подсећа на слово П. То је комбинација капацитивног и ЛЦ-филтера у облику слова Л.

Пиринач. 5

Отпорник Р, који је повезан са излазом филтера, скоро увек је присутан у изворима напајања и није обавезан отпорност на оптерећење... Његова сврха је двострука.

Прво, обезбеђује пут пражњења за кондензаторе када је мрежни напон прекинут и на тај начин спречава могућност струјног удара за сервисно особље.

Друго, обезбеђује додатно оптерећење напајања чак и када је екстерно оптерећење искључено и на тај начин стабилизује ниво излазног напона. Овај отпорник се такође може користити као елемент отпорни делилац напона за додатне излазе.

Филтер у облику слова У је филтер са улазом кондензатора допуњен везом у облику слова Л.Главну акцију филтрирања врши кондензатор Ц1, који се пуни кроз проводне диоде и празни кроз Л и Р... Као и код конвенционалног филтера са капацитивним улазом, време пуњења кондензатора је знатно краће од времена пражњења. .

Пригушница Л изглађује таласе струје која тече кроз кондензатор Ц2, обезбеђујући додатно филтрирање. Напон на кондензатору Ц2 је излазни напон. Иако је његова вредност нешто мања него код храњења са конвенционалним капацитивним филтером, таласање излазног напона је значајно смањено.

Чак и ако претпоставимо да се кондензатор Ц1 пуни кроз проводне диоде исправљача до вредности амплитуде улазног наизменичног напона, а затим испразни кроз Р, напон кондензатора Ц2 ће бити мањи од напона Ц1, јер пригушница Л, која спречава било какве промене струје оптерећења, стоји у струјном колу кондензатора Ц1 и формира заједно са Ц2 и Р делилац напона.

Струја пуњења кондензатора Ц1 и Ц2 пролази кроз секундарни намотај трансформатора и проводне диоде исправљача. Такође, када се Ц2 пуни, ова струја тече кроз пригушницу Л... Кондензатор Ц1 се празни кроз серијски спојене Л и Р, а Ц2 се празни само кроз отпор Р. Брзина пражњења улазног кондензатора Ц1 зависи од вредности отпора. Р.

Временска константа пражњења кондензатора је директно пропорционална вредности Р... Ако је висока, онда се кондензатори мало празне и излазни напон је висок.При нижим вредностима Р, брзина пражњења се повећава и излазни напон ће се смањити, јер смањење Р значи повећање струје пражњења кондензатора. Дакле, што је временска константа пражњења кондензатора нижа, то је нижа просечна вредност излазног напона.

Ц-РЦ филтер у облику слова У

За разлику од филтера који је управо разматран у Ц-РБ Ц-филтеру у облику слова У, отпорник Р је повезан између два кондензатора уместо пригушнице.1 као што је приказано на сл. 6.

Главне разлике и перформансе филтера су одређене различитим одзивом пригушнице и отпором на наизменичну струју. У претходном случају, реактансе индуктора Л и кондензатора Ц2 су такве да њима формиран делилац напона обезбеђује релативно боље изглађивање излазног напона.

На сл. 6, и компоненте једносмерне и наизменичне струје исправљене струје кроз Р1. Због пада напона на Р1 од једносмерне компоненте, излазни напон се смањује и што је струја већа, то је већи и овај пад напона. Због тога се Ц-РЦ-филтер може користити само са ниским струјама оптерећења. Као иу случају индуктивно-капацитивних филтера, могуће је користити вишеслојну везу филтерских кола.

Пиринач. 6

Избор филтера у сваком случају није лак проблем, али у сваком случају морате разумети њихову намену и принципе рада јер они у великој мери одређују исправан рад извора напајања.