Filtres de potència

Diversos dispositius electrònics requereixen fonts de tensió per alimentar els dispositius de corrent continu. Tensió de sortida rectificadors té un aspecte palpitant. En ell podeu seleccionar la component mitjana o DC de la tensió i la component variable que s'anomena tensió ondulada o ondulació de la tensió de sortida.

Així, la ondulació determina la desviació del valor instantani de la tensió de sortida de la mitjana i pot ser tant positiva com negativa. La tensió es caracteritza per dos factors: la freqüència i l'amplitud de les ones. En els rectificadors, la freqüència de ondulació és la mateixa que la freqüència de la tensió d'entrada (en un rectificador de mitja ona) o el doble (en un rectificador d'ona completa).

En un rectificador de mitja ona, només s'utilitza una mitja ona de la tensió d'entrada per obtenir la tensió de sortida, i la tensió de sortida és en forma de semiones unidireccionals, seguint la freqüència de la tensió d'entrada.

En els rectificadors d'ona completa (tant de punt zero com de pont), les mitjaones de la tensió de sortida estan formades per cada mitja ona de la tensió d'entrada. Per tant, la freqüència d'ona aquí és el doble d'aquesta freqüència de xarxa… Si la freqüència del corrent a la xarxa és de 50 Hz, llavors la freqüència de les ones al rectificador de mitja ona serà la mateixa, i al rectificador d'ona completa és de 100 Hz.

L'amplitud de la ondulació de la tensió de sortida del rectificador s'ha de conèixer per ordre. determinar l'eficiència dels filtres instal·lats a la sortida dels rectificadors que emeten el component de mitjana tensió. Aquesta amplitud es caracteritza normalment pel factor d'ondulació (Erms), que es defineix com la relació entre el valor efectiu de la component variable de la tensió de sortida i el seu valor mitjà (Edc):

r = Erms /Edc

Com més baix sigui el factor de ondulació, més gran serà l'eficiència del filtre. El factor ondulació expressat com a percentatge també s'utilitza sovint a la pràctica:

(Erms /Edc)x100%.

Els filtres de pas baix s'utilitzen habitualment en fonts d'alimentació. Aquests filtres passen de l'entrada a la sortida, gairebé sense atenuació ni atenuació, senyals les freqüències dels quals estan per sota de la freqüència de tall del filtre, i totes les freqüències més altes pràcticament no es transmeten a la sortida del filtre.

Els filtres són executables resistències, inductors i condensadors... L'ús de filtres a les fonts d'alimentació té com a objectiu suavitzar la ondulació de la tensió de sortida del rectificador i aïllar el component DC de la tensió.

Els filtres utilitzats en els dispositius d'alimentació es divideixen en dos tipus principals:

• filtres amb entrada capacitiva,

• filtres d'entrada inductius.

S'utilitzen diferents combinacions d'inclusió d'elements filtrants, que tenen diferents noms (filtre en forma d'U, filtre en forma de L, etc.). El tipus de filtre principal ve determinat per l'element de filtre instal·lat directament a la sortida del rectificador.

A la fig. Les figures 1a i 1b mostren els principals tipus de filtres. En el primer d'ells, el condensador del filtre està connectat a la sortida del rectificador i deriva la càrrega. A través del condensador de filtre, la part principal del component de CA del rectificador es tanca. En el segon, es connecta una bobina de filtre a la sortida del rectificador, que forma un circuit en sèrie amb la càrrega i evita qualsevol canvi de corrent en aquest circuit en sèrie.

Arròs. 1

Un filtre d'entrada capacitiu proporciona un nivell de tensió de sortida més alt que un filtre d'entrada inductiu, i un filtre d'entrada inductiu redueix millor la ondulació de tensió. Per tant, s'aconsella utilitzar un filtre d'entrada capacitiu quan es requereix una tensió d'alimentació més alta, i un filtre d'entrada inductiu quan es requereix una millor qualitat de sortida de CC.

Filtre d'entrada capacitiu

Abans de considerar el funcionament de filtres complexos, cal entendre el funcionament del filtre capacitiu més simple que es mostra a la Fig. 2a. Tensió de sortida del rectificador sense filtre a la pantalla de la fig. 2b, i en presència d'un filtre - a la fig. 2c. En absència d'un condensador de filtre, la tensió en Rl té un caràcter pulsatori. El valor mitjà d'aquesta tensió és la tensió de sortida del rectificador.

Arròs. 2

En presència d'un condensador de filtre, la part principal del component de corrent altern del corrent es tanca a través del condensador, evitant la càrrega Rl... Amb l'aparició de la primera mitja ona de la tensió de sortida el condensador del filtre començarà a carregar-se positiu per al cas, la tensió del mateix canviarà d'acord amb la tensió de sortida del rectificador i al final de la meitat del mig cicle arribarà al seu valor màxim.

A més, la tensió secundària del transformador cau i el condensador comença a descarregar-se a través de R1, mantenint la tensió i el corrent positius a la càrrega a un nivell més alt del que seria sense el filtre.

Abans que el condensador es pugui descarregar completament, es produeix una segona mitja ona de tensió positiva, carregant de nou el condensador al seu valor màxim. Tan aviat com la tensió del bobinatge secundari comenci a disminuir, el condensador tornarà a començar a descarregar-se a la càrrega. En el futur, els cicles de càrrega i descàrrega del condensador s'alternen en cada mig cicle,

El corrent de càrrega del condensador flueix pel bobinatge secundari del transformador i el parell de díodes rectificadors corresponents a aquest mig cicle, i el corrent de descàrrega del condensador es tanca a través de la càrrega Rl... La reactància del condensador a la la freqüència de xarxa és petita en comparació amb Rl. Per tant, la component variable del corrent flueix principalment pel condensador del filtre i pràcticament flueix per Rl D.C..

Filtre d'entrada inductiu

Considereu un filtre d'entrada inductiu o un filtre LC en forma de L. La seva inclusió al rectificador i la forma d'ona de la tensió de sortida es mostren a la figura 3.

Arròs. 3

Connexió en sèrie asfixia del filtre (L) amb càrrega inhibeix els canvis de corrent en el circuit. La tensió de sortida aquí és menor que amb un filtre d'entrada capacitiu perquè l'obturador forma una connexió en sèrie amb una impedància formada per la connexió en paral·lel de la càrrega i el condensador del filtre. Aquesta connexió condueix a un bon suavització de l'ona de tensió que actua a l'entrada del filtre, millorant la qualitat de la tensió de sortida constant, encara que en redueix el valor.

El component de CA de la tensió de sortida del rectificador està gairebé completament aïllat de la inductància de l'obstrucció, i el component mitjà és la tensió de sortida de l'alimentació. La presència d'un estrany fa que la durada de l'estat conductor dels díodes rectificadors aquí, a diferència del rectificador amb un filtre capacitiu, sigui igual a la meitat del període.

La reactància d'obstrucció (L) redueix el valor de la tensió d'ondulació perquè evita que el corrent d'obturació augmenti quan la tensió de sortida del rectificador és més gran que la tensió de càrrega, i també evita que el corrent disminueixi si la tensió de sortida del rectificador és menor. que el valor mitjà Per tant, el corrent a la càrrega durant el període de funcionament és pràcticament constant i la tensió de les ones no depèn del corrent de càrrega.

Filtre inductiu-capacitiu multisecció

La qualitat de filtratge de la tensió de sortida es pot millorar connectant diversos filtres en sèrie. A la fig. La figura 4 mostra un filtre LC de dues etapes i mostra aproximadament les formes d'ona de tensió en diferents punts del filtre en relació amb un punt comú.

Arròs. 4

Tot i que aquí es mostren dos filtres LC connectats en sèrie, el nombre de connexions es pot augmentar. L'augment del nombre de connexions comporta una disminució de l'ondulació (i els filtres amb moltes connexions s'utilitzen precisament quan cal obtenir una ondulació mínima en la tensió de sortida), però això redueix l'estabilitat dels estabilitzadors amb aquests filtres. A més, un augment del nombre de connexions comporta un augment de la resistència connectada en sèrie amb la font d'alimentació, la qual cosa comporta un augment dels canvis en la tensió de sortida amb un canvi en el corrent de càrrega.

Filtre en forma d'U

A la fig. La figura 5 mostra un filtre en forma d'U, anomenat així perquè la seva representació gràfica s'assembla a la lletra P. És una combinació de filtres LC capacitius i en forma de L.

Arròs. 5

Una resistència R, que està connectada a la sortida del filtre, gairebé sempre està present a les fonts d'alimentació i és opcional resistència de càrrega... La seva finalitat és doble.

En primer lloc, proporciona un camí de descàrrega per als condensadors quan s'interromp la tensió de la xarxa i, per tant, evita la possibilitat de descàrrega elèctrica al personal de servei.

En segon lloc, proporciona una càrrega addicional a la font d'alimentació fins i tot quan la càrrega externa està apagada i, per tant, estabilitza el nivell de tensió de sortida. Aquesta resistència també es pot utilitzar com a element divisor de voltatge resistiu per a sortides addicionals.

El filtre en forma d'U és un filtre amb una entrada de condensador complementada per una connexió en forma de L.L'acció de filtratge principal la realitza el condensador C1, que es carrega a través dels díodes conductors i es descarrega a través de L i R... Igual que amb un filtre convencional amb una entrada capacitiva, el temps de càrrega del condensador és significativament més curt que el temps de descàrrega. .

El choke L suavitza les ondulacions del corrent que flueix pel condensador C2, proporcionant un filtratge addicional. La tensió a través del condensador C2 és la tensió de sortida. Tot i que el seu valor és lleugerament menor que quan s'alimenta amb un filtre capacitiu convencional, la ondulació de la tensió de sortida es redueix significativament.

Fins i tot si suposem que el condensador C1 es carrega a través dels díodes conductors del rectificador al valor de l'amplitud de la tensió de CA d'entrada i després es descarrega a través de R, la tensió del condensador C2 serà menor que la de C1, perquè la bobina L, que impedeix qualsevol canvi en el corrent de càrrega, es troba al circuit de descàrrega del condensador C1 i forma, juntament amb C2 i R, un divisor de tensió.

El corrent de càrrega dels condensadors C1 i C2 passa pel bobinatge secundari del transformador i pels díodes conductors del rectificador. A més, quan C2 està carregat, aquest corrent flueix a través de la bobina L... El condensador C1 es descarrega a través de L i R connectats en sèrie, i C2 només es descarrega a través de la resistència R. La velocitat de descàrrega del condensador d'entrada C1 depèn del valor de la resistència. R.

La constant de temps de descàrrega dels condensadors és directament proporcional al valor R... Si és alt, els condensadors es descarreguen una mica i la tensió de sortida és alta.A valors més baixos de R, la velocitat de descàrrega augmenta i la tensió de sortida disminuirà, ja que disminuir R significa augmentar el corrent de descàrrega del condensador. Així, com menor sigui la constant de temps de descàrrega del condensador, menor serà el valor mitjà de la tensió de sortida.

Filtre C-RC en forma d'U

A diferència del filtre que acabem de comentar al filtre C-RB C en forma d'U, es connecta una resistència R entre els dos condensadors en comptes d'una bobina.1 com es mostra a la figura. 6.

Les principals diferències i el rendiment del filtre estan determinats per la diferent resposta d'asfixia i la resistència de CA. En el cas anterior, les reactàncies de l'inductor L i del condensador C2 són tals que el divisor de tensió format per ells proporciona una suavització relativament millor de la tensió de sortida.

A la fig. 6, els components actuals de corrent continu i alterna del corrent rectificat a través de R1. A causa de la caiguda de tensió a través de R1 del component DC, la tensió de sortida disminueix i com més gran sigui el corrent, més gran és aquesta caiguda de tensió. Per tant, el filtre C-RC només es pot utilitzar amb corrents de càrrega baixes. Com en el cas dels filtres inductius-capacitius, és possible utilitzar una connexió multinivell de circuits de filtre.

Arròs. 6

En qualsevol cas, triar filtres no és un problema fàcil, però en qualsevol cas cal entendre el seu propòsit i els seus principis de funcionament a causa del fet que determinen en gran mesura el funcionament correcte de les fonts d'alimentació.