Strømfiltre

Ulike elektroniske enheter krever spenningskilder for å drive DC-enhetene. Utgangsspenning likerettere har et pulserende utseende. I den kan du velge gjennomsnitts- eller DC-komponenten til spenningen og den variable komponenten som kalles rippelspenning eller rippel av utgangsspenningen.

Dermed bestemmer krusningen avviket til den øyeblikkelige verdien av utgangsspenningen fra gjennomsnittet og kan være både positiv og negativ. Spenning er preget av to faktorer: frekvens og amplitude av bølgene. I likerettere er rippelfrekvensen enten den samme som frekvensen til inngangsspenningen (i en halvbølgelikeretter) eller dobbelt så høy (i en fullbølgelikeretter).

I en halvbølgelikeretter brukes bare en halvbølge av inngangsspenningen for å oppnå utgangsspenningen, og utgangsspenningen er i form av ensrettede halvbølger, som følger inngangsspenningens frekvens.

I fullbølgelikerettere (både nullpunkt og bro) dannes halvbølgene til utgangsspenningen av hver halvbølge av inngangsspenningen. Derfor er bølgefrekvensen her dobbelt så høy som det nettverksfrekvens… Hvis frekvensen til strømmen i nettverket er 50 Hz, vil frekvensen til bølgene i halvbølgelikeretteren være den samme, og i fullbølgelikeretteren er den 100 Hz.

Amplituden til likeretterens utgangsspenningsrippel må være kjent i rekkefølge. for å bestemme effektiviteten til filtrene som er installert ved utgangen til likeretterne som sender ut mellomspenningskomponenten. Denne amplituden er vanligvis preget av krusningsfaktoren (Erms), som er definert som forholdet mellom den effektive verdien av den variable komponenten av utgangsspenningen til dens gjennomsnittsverdi (Edc):

r = Erms /Edc

Jo lavere krusningsfaktor, desto høyere effektivitet har filteret. Ringvirkningsfaktoren uttrykt i prosent brukes også ofte i praksis:

(Erms /Edc)x100%.

Lavpassfiltre brukes ofte i strømforsyninger. Disse filtrene passerer fra inngangen til utgangen, nesten uten demping eller demping, signaler hvis frekvenser er under filterets grensefrekvens, og alle høyere frekvenser blir praktisk talt ikke overført til filterets utgang.

Filtre er kjørbare motstander, induktorer og kondensatorer… Bruken av filtre i strømforsyningene har som mål å jevne ut likeretterens utgangsspenningsrippel og isolere DC-komponenten til spenningen.

Filtre som brukes i strømforsyningsenheter er delt inn i to hovedtyper:

• filtre med kapasitiv inngang,

• induktive inngangsfiltre.

Det brukes forskjellige kombinasjoner av inkludering av filterelementer, som har forskjellige navn (U-formet filter, L-formet filter, etc.). Hovedfiltertypen bestemmes av filterelementet som er installert direkte på utgangen til likeretteren.

I fig. 1a og 1b viser hovedtypene av filtre. I den første av disse er filterkondensatoren koblet til utgangen på likeretteren og shunter lasten. Gjennom filterkondensatoren er hoveddelen av AC-komponenten til likeretteren lukket. I den andre kobles en filterdrossel til utgangen til likeretteren, som danner en seriekrets med lasten og forhindrer endringer i strømmen i denne seriekretsen.

Ris. 1

Et kapasitivt inngangsfilter gir et høyere utgangsspenningsnivå enn et induktivt inngangsfilter, og et induktivt inngangsfilter reduserer spenningsrippel bedre. Det er derfor tilrådelig å bruke et kapasitivt inngangsfilter når en høyere forsyningsspenning er nødvendig, og et induktivt inngangsfilter når en bedre DC-utgangskvalitet er nødvendig.

Kapasitivt inngangsfilter

Før du vurderer driften av komplekse filtre, er det nødvendig å forstå driften av det enkleste kapasitive filteret vist i fig. 2a. Utgangsspenning til likeretteren uten filter på displayet på fig. 2b, og i nærvær av et filter - i fig. 2c. I fravær av en filterkondensator har spenningen i Rl en pulserende karakter. Gjennomsnittsverdien av denne spenningen er utgangsspenningen til likeretteren.

Ris. 2

I nærvær av en filterkondensator lukkes hoveddelen av vekselstrømkomponenten til strømmen gjennom kondensatoren, og omgår belastningen Rl... Med utseendet til den første halvbølgen av utgangsspenningen filterkondensatoren begynner å lades positiv til saken, vil spenningen på den endres i samsvar med utgangsspenningen til likeretteren og på slutten av halve syklusen vil nå sin maksimale verdi.

I tillegg faller transformatorens sekundære spenning og kondensatoren begynner å utlades gjennom R1, og holder den positive spenningen og strømmen i lasten på et høyere nivå enn det ville vært uten filteret.

Før kondensatoren kan lades helt ut, oppstår en andre positiv spenningshalvbølge, som igjen lader kondensatoren til sin maksimale verdi. Så snart sekundærviklingsspenningen begynner å synke, vil kondensatoren igjen begynne å utlades til lasten. I fremtiden veksler lade- og utladingssyklusene til kondensatoren i hver halvsyklus,

Ladestrømmen til kondensatoren flyter gjennom sekundærviklingen til transformatoren og paret likeretterdioder som tilsvarer denne halvsyklusen, og utladningsstrømmen til kondensatoren er lukket gjennom belastningen Rl... Reaktansen til kondensatoren ved nettverksfrekvensen er liten sammenlignet med Rl. Derfor flyter den variable komponenten av strømmen hovedsakelig gjennom filterkondensatoren og flyter praktisk talt gjennom Rl D.C..

Induktivt inngangsfilter

Tenk på et induktivt inngangsfilter eller et L-formet LC-filter. Dens inkludering i likeretteren og utgangsspenningsbølgeformen er vist i figur 3.

Ris. 3

Seriell tilkobling filter choke (L) med belastning hemmer strømendringer i kretsen. Utgangsspenningen her er mindre enn ved et kapasitivt inngangsfilter fordi choken danner en seriekobling med en impedans dannet av parallellkoblingen av lasten og filterkondensatoren. En slik tilkobling fører til en god utjevning av spenningsbølgen som virker ved inngangen til filteret, og forbedrer kvaliteten på den konstante utgangsspenningen, selv om den reduserer verdien.

AC-komponenten til likeretterens utgangsspenning er nesten fullstendig isolert fra choke-induktansen, og den midterste komponenten er forsyningsutgangsspenningen. Tilstedeværelsen av en choke fører til det faktum at varigheten av den ledende tilstanden til likeretterdiodene her, i motsetning til likeretteren med et kapasitivt filter, er lik halve perioden.

Chokereaktansen (L) reduserer verdien av rippelspenningen fordi den forhindrer at strupestrømmen øker når likeretterens utgangsspenning er større enn belastningsspenningen, og forhindrer også at strømmen synker hvis utgangsspenningen til likeretteren er lavere enn gjennomsnittsverdien Derfor er strømmen i lasten i løpet av driftsperioden praktisk talt konstant, og spenningen til bølgene er ikke avhengig av laststrømmen.

Flerseksjons induktivt-kapasitivt filter

Filtreringskvaliteten til utgangsspenningen kan forbedres ved å koble flere filtre i serie. I fig. 4 viser et to-trinns LC-filter og viser grovt spenningsbølgeformene ved forskjellige punkter på filteret i forhold til et felles punkt.

Ris. 4

Selv om to seriekoblede LC-filtre er vist her, kan antallet tilkoblinger økes. Å øke antall tilkoblinger fører til en reduksjon i rippel (og filtre med mange tilkoblinger brukes nettopp når det er nødvendig å oppnå en minimum rippel i utgangsspenningen), men dette reduserer stabiliteten til stabilisatorer med slike filtre. I tillegg fører en økning i antall tilkoblinger til en økning i motstanden koblet i serie med strømforsyningen, noe som fører til en økning i endringene i utgangsspenningen med en endring i laststrømmen.

U-formet filter

I fig. 5 viser et U-formet filter, såkalt fordi dets grafiske representasjon ligner bokstaven P. Det er en kombinasjon av kapasitive og L-formede LC-filtre.

Ris. 5

En motstand R, som er koblet til utgangen på filteret, er nesten alltid til stede i strømforsyninger og er valgfri belastningsmotstand… Hensikten er todelt.

For det første gir den en utladningsvei for kondensatorene når nettspenningen avbrytes og forhindrer dermed muligheten for elektrisk støt til servicepersonell.

For det andre gir den en ekstra belastning på strømforsyningen selv når den eksterne belastningen er slått av og stabiliserer dermed utgangsspenningsnivået. Denne motstanden kan også brukes som et element resistiv spenningsdeler for ekstra utganger.

Det U-formede filteret er et filter med en kondensatorinngang supplert med en L-formet tilkobling.Hovedfiltreringshandlingen utføres av kondensatoren C1, som lades gjennom de ledende diodene og utlades gjennom L og R... Som med et konvensjonelt filter med en kapasitiv inngang, er ladetiden til kondensatoren betydelig kortere enn utladingstiden .

Choke L jevner ut krusningene av strømmen som flyter gjennom kondensatoren C2, og gir ekstra filtrering. Spenningen over kondensator C2 er utgangsspenningen. Selv om verdien er litt mindre enn ved mating med et konvensjonelt kapasitivt filter, reduseres krusningen av utgangsspenningen betydelig.

Selv om vi antar at kondensatoren C1 lades gjennom de ledende diodene til likeretteren til verdien av amplituden til inngangsvekselspenningen og deretter utlades gjennom R, vil spenningen til kondensatoren C2 være mindre enn den til C1, fordi choke L, som hindrer endringer i laststrømmen, står i utladningskretsen til kondensatoren C1 og danner sammen med C2 og R en spenningsdeler.

Ladestrømmen til kondensatorene C1 og C2 går gjennom sekundærviklingen til transformatoren og de ledende diodene til likeretteren. Også, når C2 lades, flyter denne strømmen gjennom struperen L... Kondensator C1 utlades gjennom seriekoblede L og R, og C2 utlades kun gjennom motstand R. Utladingshastigheten til inngangskondensatoren C1 avhenger av verdien av motstanden R.

Utladningstidskonstanten til kondensatorene er direkte proporsjonal med R-verdien... Hvis den er høy, utlades kondensatorene litt og utgangsspenningen er høy.Ved lavere verdier av R øker utladningshastigheten og utgangsspenningen vil reduseres, siden synkende R betyr å øke utladningsstrømmen til kondensatoren. Jo lavere kondensatorutladningstidskonstanten er, jo lavere er gjennomsnittsverdien av utgangsspenningen.

U-formet C-RC filter

I motsetning til filteret som nettopp er omtalt i det U-formede C-RB C-filteret, er en motstand R koblet mellom de to kondensatorene i stedet for en choke.1 som vist i fig. 6.

Hovedforskjellene og filterytelsen bestemmes av forskjellig chokerespons og AC-motstand. I det foregående tilfellet er reaktansene til induktoren L og kondensatoren C2 slik at spenningsdeleren dannet av dem gir en relativt bedre utjevning av utgangsspenningen.

I fig. 6, både DC- og AC-strømkomponentene til den likerettede strømmen gjennom R1. På grunn av spenningsfallet over R1 fra DC-komponenten synker utgangsspenningen og jo større strømmen er, desto større er dette spenningsfallet. Derfor kan C-RC-filteret kun brukes med lav belastningsstrøm. Som i tilfellet med induktiv-kapasitive filtre, er det mulig å bruke en flernivåkobling av filterkretser.

Ris. 6

Å velge filtre er i alle fall ikke et lett problem, men i alle fall må du forstå deres formål og prinsipper for drift på grunn av det faktum at de i stor grad bestemmer riktig drift av strømforsyninger.