Võimsusfiltrid

Erinevad elektroonilised seadmed vajavad alalisvooluseadmete toiteks pingeallikaid. Väljundpinge alaldid on pulseeriva välimusega. Selles saate valida pinge keskmise või alalisvoolukomponendi ja muutuva komponendi, mida nimetatakse pulsatsioonipingeks või väljundpinge pulsatsiooniks.

Seega määrab pulsatsioon väljundpinge hetkväärtuse kõrvalekalde keskmisest ja võib olla nii positiivne kui ka negatiivne. Pinget iseloomustavad kaks tegurit: lainete sagedus ja amplituud. Alaldis on pulsatsioonisagedus kas sisendpinge sagedusega sama (poollaine alaldis) või kaks korda kõrgem (täislaine alaldis).

Poollainelises alaldis kasutatakse väljundpinge saamiseks ainult ühte poollainet sisendpingest ja väljundpinge on ühesuunaliste poollainetena, järgides sisendpinge sagedust.

Täislaine-alaldis (nii nullpunktis kui ka sillas) moodustab väljundpinge poollained sisendpinge iga poollaine. Seetõttu on lainesagedus siin kaks korda kõrgem võrgu sagedus… Kui voolu sagedus võrgus on 50 Hz, siis poollaine alaldis on lainete sagedus sama ja täislaine alaldis 100 Hz.

Alaldi väljundpinge pulsatsiooni amplituud peab olema järjekorras teada. keskpingekomponenti emiteerivate alaldi väljundisse paigaldatud filtrite efektiivsuse määramiseks. Seda amplituudi iseloomustab tavaliselt pulsatsioonitegur (Erms), mis on määratletud kui väljundpinge muutuva komponendi efektiivse väärtuse ja selle keskmise väärtuse (Edc) suhe:

r = Erms /Edc

Mida madalam on pulsatsioonitegur, seda suurem on filtri efektiivsus. Praktikas kasutatakse sageli ka protsentides väljendatud pulsatsioonitegurit:

(Erms /Edc)x100%.

Madalpääsfiltreid kasutatakse tavaliselt toiteallikates. Need filtrid liiguvad sisendist väljundisse peaaegu ilma sumbumise või sumbumiseta signaale, mille sagedused jäävad alla filtri piirsageduse ja kõiki kõrgemaid sagedusi praktiliselt ei edastata filtri väljundisse.

Filtrid on käivitatavad takistid, induktiivpoolid ja kondensaatorid… Toiteallikates olevate filtrite kasutamise eesmärk on tasandada alaldi väljundpinge pulsatsiooni ja isoleerida pinge alaliskomponent.

Toiteseadmetes kasutatavad filtrid jagunevad kahte põhitüüpi:

• mahtuvusliku sisendiga filtrid,

• induktiivsed sisendfiltrid.

Kasutatakse erinevaid filtrielementide kaasamise kombinatsioone, millel on erinevad nimetused (U-kujuline filter, L-kujuline filter jne). Põhifiltri tüübi määrab otse alaldi väljundisse paigaldatud filterelement.

Joonisel fig. 1a ja 1b näitavad filtrite põhitüüpe. Neist esimeses on filtri kondensaator ühendatud alaldi väljundiga ja šunteerib koormust. Filtri kondensaatori kaudu on alaldi vahelduvvoolu komponendi põhiosa suletud. Teises on alaldi väljundiga ühendatud filtri drossel, mis moodustab koormusega jadaahela ja takistab voolu muutumist selles jadaahelas.

Riis. 1

Mahtuvuslik sisendfilter tagab kõrgema väljundpinge taseme kui induktiivne sisendfilter ja induktiivne sisendfilter vähendab paremini pinge pulsatsiooni. Seega on soovitatav kasutada mahtuvuslikku sisendfiltrit, kui on vaja kõrgemat toitepinget, ja induktiivset sisendfiltrit, kui on vaja paremat alalisvoolu väljundkvaliteeti.

Mahtuvuslik sisendfilter

Enne keerukate filtrite toimimise kaalumist on vaja mõista kõige lihtsama mahtuvusliku filtri tööd, mis on näidatud joonisel fig. 2a. Ilma filtrita alaldi väljundpinge ekraanil joonisel fig. 2b ja filtri juuresolekul - joonisel fig. 2c. Filtri kondensaatori puudumisel on pingel Rl pulseeriv iseloom. Selle pinge keskmine väärtus on alaldi väljundpinge.

Riis. 2

Filterkondensaatori juuresolekul suletakse voolu põhiosa vahelduvvoolukomponendist läbi kondensaatori, möödudes koormusest Rl... Väljundpinge esimese poollaine ilmumisega filtri kondensaator hakkab laadima juhul, kui see on positiivne, muutub sellel olev pinge vastavalt alaldi väljundpingele ja saavutab poole tsükli lõpus maksimaalse väärtuse.

Lisaks langeb trafo sekundaarpinge ja kondensaator hakkab tühjenema läbi R1, hoides positiivse pinge ja voolu koormuses kõrgemal tasemel, kui see oleks ilma filtrita.

Enne kondensaatori täielikku tühjenemist tekib teine ​​​​positiivse pinge poollaine, laadides kondensaatori uuesti maksimaalse väärtuseni. Niipea, kui sekundaarmähise pinge hakkab langema, hakkab kondensaator uuesti laadima. Tulevikus vahelduvad kondensaatori laadimis- ja tühjendustsüklid igas pooltsüklis,

Kondensaatori laadimisvool voolab läbi trafo sekundaarmähise ja sellele pooltsüklile vastava alaldi dioodipaari ning kondensaatori tühjendusvool suletakse läbi koormuse Rl... Kondensaatori reaktants võrgu sagedus on Rl-ga võrreldes väike. Seetõttu voolab voolu muutuv komponent peamiselt läbi filtri kondensaatori ja praktiliselt läbi Rl D.C..

Induktiivne sisendfilter

Kaaluge induktiivset sisendfiltrit või L-kujulist LC-filtrit. Selle lisamine alaldis ja väljundpinge lainekuju on näidatud joonisel 3.

Riis. 3

Jadaühendus filtri õhuklapp (L) koos koormusega pärsib voolu muutusi ahelas. Väljundpinge on siin väiksem kui mahtuvusliku sisendfiltri puhul, kuna drossel moodustab jadaühenduse takistusega, mille moodustab koormuse ja filtrikondensaatori paralleelühendus. Selline ühendus toob kaasa filtri sisendis toimiva pingelaine hea tasandamise, parandades konstantse väljundpinge kvaliteeti, kuigi see vähendab selle väärtust.

Alaldi väljundpinge vahelduvvoolu komponent on drosselinduktiivsusest peaaegu täielikult isoleeritud ja keskmine komponent on toiteallika väljundpinge. Drosselite olemasolu toob kaasa asjaolu, et erinevalt mahtuvusliku filtriga alaldist on alaldi dioodide juhtivuse kestus siin võrdne poole perioodiga.

Drossel reaktants (L) vähendab pulsatsioonipinge väärtust, kuna see takistab drosselvoolu suurenemist, kui alaldi väljundpinge on suurem kui koormuspinge, ning takistab ka voolu vähenemist, kui alaldi väljundpinge on väiksem. keskmisest väärtusest.Seetõttu on koormuse vool tööperioodi jooksul praktiliselt konstantne ning lainete pinge ei sõltu koormusvoolust.

Mitmeosaline induktiivne-mahtuvuslik filter

Väljundpinge filtreerimise kvaliteeti saab parandada mitme filtri järjestikku ühendamisega. Joonisel fig. 4 kujutab kaheastmelist LC-filtrit ja umbkaudu pinge lainekujusid filtri erinevates punktides ühise punkti suhtes.

Riis. 4

Kuigi siin on näidatud kaks järjestikku ühendatud LC-filtrit, saab ühenduste arvu suurendada. Ühenduste arvu suurendamine viib pulsatsiooni vähenemiseni (ja paljude ühendustega filtreid kasutatakse just siis, kui on vaja saada minimaalne väljundpinge pulsatsioon), kuid see vähendab selliste filtritega stabilisaatorite stabiilsust. Lisaks põhjustab ühenduste arvu suurenemine toiteallikaga järjestikku ühendatud takistuse suurenemist, mis toob kaasa väljundpinge muutuste suurenemise koos koormusvoolu muutumisega.

U-kujuline filter

Joonisel fig. 5 on kujutatud U-kujulist filtrit, mida nimetatakse selle graafiliseks kujutiseks P-täheks. See on mahtuvuslike ja L-kujuliste LC-filtrite kombinatsioon.

Riis. 5

Takisti R, mis on ühendatud filtri väljundiga, on toiteallikates peaaegu alati olemas ja on valikuline koormustaluvus… Selle eesmärk on kahekordne.

Esiteks tagab see kondensaatorite tühjenemise tee, kui võrgupinge katkeb, ja hoiab seega ära hoolduspersonali elektrilöögi võimaluse.

Teiseks annab see lisakoormuse toiteallikale ka siis, kui väline koormus on välja lülitatud ja seega stabiliseerib väljundpinge taset. Seda takistit saab kasutada ka elemendina takistuslik pingejagur täiendavate väljundite jaoks.

U-kujuline filter on kondensaatori sisendiga filter, mida täiendab L-kujuline ühendus.Põhilise filtreerimistoimingu teostab kondensaator C1, mis laetakse läbi juhtivate dioodide ning tühjendatakse läbi L ja R... Nagu tavalisel mahtuvusliku sisendiga filtril, on ka kondensaatori laadimisaeg oluliselt lühem kui tühjenemise aeg. .

Drossel L silub kondensaatorit C2 läbiva voolu lainetust, pakkudes täiendavat filtreerimist. Pinge kondensaatoril C2 on väljundpinge. Kuigi selle väärtus on veidi väiksem kui tavalise mahtuvusliku filtriga toitmisel, väheneb väljundpinge pulsatsioon oluliselt.

Isegi kui eeldame, et kondensaator C1 laetakse alaldi juhtivate dioodide kaudu sisend-AC pinge amplituudi väärtuseni ja seejärel tühjeneb läbi R, on kondensaatori C2 pinge väiksem kui C1, kuna drossel L, mis takistab koormusvoolu muutusi, seisab kondensaatori C1 tühjendusahelas ja moodustab koos C2 ja R-ga pingejaguri.

Kondensaatorite C1 ja C2 laadimisvool läbib trafo sekundaarmähist ja alaldi juhtivaid dioode. Samuti, kui C2 on laetud, liigub see vool läbi drossel L... Kondensaator C1 tühjeneb läbi jadamisi ühendatud L ja R ning C2 tühjeneb ainult läbi takistuse R. Sisendkondensaatori C1 tühjenemise kiirus sõltub takistuse väärtusest R.

Kondensaatorite tühjenemise ajakonstant on otseselt võrdeline R väärtusega... Kui see on kõrge, siis kondensaatorid tühjenevad veidi ja väljundpinge on kõrge.Madalamate väärtuste R korral tühjenemiskiirus suureneb ja väljundpinge väheneb, kuna R vähendamine tähendab kondensaatori tühjendusvoolu suurendamist. Seega, mida madalam on kondensaatori tühjenemise ajakonstant, seda madalam on väljundpinge keskmine väärtus.

U-kujuline C-RC filter

Erinevalt äsja käsitletud filtrist U-kujulise C-RB C-filtri juures on kahe kondensaatori vahele drosseli asemel ühendatud takisti R.1 nagu on näidatud joonisel fig. 6.

Peamised erinevused ja filtri jõudlus on määratud erineva õhuklapi reaktsiooni ja vahelduvvoolu takistusega. Eelneval juhul on induktiivpooli L ja kondensaatori C2 reaktantsid sellised, et nende poolt moodustatud pingejagur annab suhteliselt parema väljundpinge silumise.

Joonisel fig. 6, nii alalis- kui ka vahelduvvoolukomponendid läbi R1 alaldatud voolu. Alalisvoolukomponendi pingelanguse tõttu R1-l väheneb väljundpinge ja mida suurem on vool, seda suurem on see pingelang. Seetõttu saab C-RC-filtrit kasutada ainult väikese koormusvoolu korral. Nagu induktiiv-mahtuvusfiltrite puhul, on võimalik kasutada filtriahelate mitmetasandilist ühendust.

Riis. 6

Filtrite valimine pole igal juhul lihtne probleem, kuid igal juhul peate mõistma nende eesmärki ja tööpõhimõtteid, kuna need määravad suuresti toiteallikate õige töö.