Згладжують фільтри харчування

1. Основні схеми згладжуючих фільтрів харчування
2. Визначення вихідної напруги випрямляча і вибір фільтра, що згладжує для блоку вторинного харчування
3. Приклад визначення вихідної напруги, і підбору згладжує конденсатора для джерела вторинного живлення

У даній статті розповімо про згладжують фільтри харчування, покажемо приклад визначення вихідної напруги, і підбору згладжує конденсатора для джерела вторинного живлення.

Згладжують фільтри харчування призначені для зменшення пульсацій випрямленої напруги. Принцип роботи простий - під час дії напівхвилі напруги відбувається заряд реактивних елементів (конденсатора, дроселя) від джерела - діодного випрямляча, і їх розряд на навантаження під час відсутності, або малого по амплітуді напруги.

Основні схеми згладжуючих фільтрів харчування

Найпростішим методом згладжування пульсацій є застосування фільтра у вигляді конденсатора досить великої ємності, шунтирующего навантаження (опір навантаження). Конденсатор добре згладжує пульсації, якщо його ємність така, що виконується умова:

Під час дії синусоїдального сигналу, коли напруга на діоді випрямляча пряме, через діод проходить струм, що заряджає конденсатор до напруги, близького до максимального. Коли напруга на виході діодного випрямляча виявляється менше напруги заряду конденсатора, конденсатор розряджається через навантаження R н і створює на ній напруга, яке поступово знижується в міру розряду конденсатора через навантаження. У кожен наступний напівперіод конденсатор заряджається і його напруга знову зростає.

Чим більше ємність С і опір навантаження R н, тим повільніше розряджається конденсатор, тим менше пульсації і тим ближче середнє значення вихідної напруги U ср до максимального значення синусоїди U max. Якщо навантаження взагалі відключити, то в режимі холостого ходу на конденсаторі вийде постійна напруга рівне U max, без всяких пульсацій.

Робота найпростішого фільтра, що згладжує на конденсаторі в ланцюзі однополупериодного випрямляча пояснюється малюнком і епюрами:

Червоним кольором показано напруга на виході випрямляча без згладжує конденсатора, а синім - при його наявності.

Якщо пульсації повинні бути малими, або опір навантаження R н мало, то необхідна надмірно велика ємність конденсатора, тобто згладжування пульсацій одним конденсатором практично здійснити не можна. Доводиться використовувати більш складний згладжує фільтр.

Робота згладжує Г-образного фільтра на конденсаторі і дроселі у ланцюзі двухполуперіодного мостового випрямляча пояснюється малюнком і епюрами:

Як і в прикладі з однополуперіодним випрямлячем, червоним кольором показано напруга на виході випрямляча без згладжують елементів (конденсатора і дроселя), а синім - при їх наявності.

Логічно випливає, що чим більше ємності і індуктивності фільтрів, і чим більше в ньому реактивних елементів (складніше фільтр), тим менше коефіцієнт пульсацій такого випрямляча.

Як згладжують конденсаторів використовуються електролітичні конденсатори. Чим більше ємність, тим краще. Крім того, для надійності, конденсатори повинні бути розраховані на напругу в півтора-два рази перевищує вихідну напругу діодного моста.

Визначення вихідної напруги випрямляча і вибір фільтра, що згладжує для блоку вторинного харчування

До описаного в статті, слід додати важливу інформацію, яка використовується для конструювання джерел (блоків) живлення постійного струму:

1. Будь-який pn перехід, будь-якого напівпровідникового приладу, в тому числі діода має характеристику - падіння напруги на переході. Ця напруга зазвичай вказують в довідниках. Для германієвих діодів воно може бути від 0,3 вольт до 0,5 вольт, а для кремнієвих діодів - від 0,6 вольт до 1,5 вольт.

Це означає, що якщо ми візьмемо трансформатор з вихідним напругою 6,3 вольта, випрямимо його однофазним двохполярним мостовим випрямлячем (доданими мостом) у якого на кожному діоді за довідником падає по 1 вольт (U пр. = 1 В), то на виході випрямляча ми отримаємо всього лише 4,3 вольта. Напруга в 2 вольта «загубиться» на 2-х діодах по шляху проходження струму. Початківці радіоаматори зазвичай на це не зважають, тому й дивуються, чому на виході маленьке напруга.

2. Змінний електричний струм вимірюється приладами, які, як правило, показують його середнє значення, а не максимальне. Максимальне значення змінної напруги це - значення електричної напруги відповідне його максимального значення синусоїди.

Середнє значення напруги на виході однополупериодного випрямляча відповідає значенню:

Середнє значення напруги на виході двухполуперіодного випрямляча відповідає значенню:

U ср = 2 U max / π = 0,636 * U max

Значення середньої напруги - 0,636 за рахунок особливостей конструкції вимірювальних приладів округляється і приймається рівною 0,7.

3. Виходячи з викладеного вище, можна зробити висновок, що справедливий в тому випадку, коли навантаження на блок живлення маленька. Зверніть увагу на малюнки нижче.

Вихідна напруга випрямлячів з фільтром харчування:

а) з великим навантаженням:

б) з маленькою навантаженням:

Ці малюнки пояснюють, що при малому навантаженні вихідна напруга випрямляча з фільтром харчування дорівнює максимальній амплітуді синусоїди надходить на випрямляч, за вирахуванням падіння напруги на діодах.

Приклад визначення вихідної напруги, і підбору згладжує конденсатора для джерела вторинного живлення

Розглянемо випадок із середнім змінним напругою на виході трансформатора, виміряним мультиметром рівним 6,3 вольта, і навантаженням (опором навантаження) дорівнює 200 Ом.

Вихідна напруга c мостового випрямляча буде визначено наступним чином:

- максимальна напруга на виході трансформатора:

U max = U вим / 0,7 = 6,3 / 0,7 = 9 вольт

- максимальна вихідна напруга на виході випрямляча:

U вих. = U max - U VD1 - U VD2 = 9 - 1 - 1 = 7 вольт

- ємність згладжує конденсатора вибираємо з умови:

1 / (2 * π * f * С) << R н, звідки 1 / (2 * π * f * R н) << С

- підставимо дані:

1 / (2 * 3,14 * 50 * 200) = 1,59 * 10 -5 (Фарад) = 15,9 мкФ

- з огляду на умову, за якої ємність конденсатора повинна бути набагато більше отриманого за наведеним умові, вибираємо конденсатор ємністю більш ніж в п'ять разів більше розрахункового значення - 100 мкФ * 16 вольт.

Схема, що складається з трансформатора, випрямляча і фільтра, що згладжує є джерелом нестабілізованої харчування. Від таких джерел можна живити будь-які пристрої, що споживають слабкий струм, не критичні до наявності пульсацій і нестабільності напруги живлення. Для максимального придушення пульсацій і стабілізації напруги живлення застосовують стабілізатори напруги .