Mga filter ng kapangyarihan

Ang iba't ibang mga elektronikong aparato ay nangangailangan ng mga mapagkukunan ng boltahe upang mapagana ang mga aparatong DC. Output boltahe mga rectifier may pumipintig na anyo. Dito maaari mong piliin ang average o DC na bahagi ng boltahe at ang variable na bahagi na tinatawag na ripple boltahe o ripple ng output boltahe.

Kaya, tinutukoy ng ripple ang paglihis ng agarang halaga ng output boltahe mula sa average at maaaring parehong positibo at negatibo. Ang boltahe ay nailalarawan sa pamamagitan ng dalawang mga kadahilanan: dalas at amplitude ng mga alon. Sa mga rectifier, ang dalas ng ripple ay pareho sa dalas ng boltahe ng input (sa isang half-wave rectifier) ​​​​o dalawang beses na mas mataas (sa isang full-wave rectifier).

Sa isang half-wave rectifier, isang kalahating alon lamang ng input boltahe ang ginagamit upang makuha ang output boltahe, at ang output boltahe ay nasa anyo ng unidirectional half-waves, kasunod ng dalas ng input boltahe.

Sa mga full-wave rectifier (parehong zero-point at bridge), ang kalahating wave ng output boltahe ay nabuo ng bawat kalahating wave ng input boltahe. Samakatuwid, ang dalas ng alon dito ay dalawang beses na mas mataas kaysa doon dalas ng network… Kung ang dalas ng kasalukuyang sa network ay 50 Hz, kung gayon ang dalas ng mga alon sa half-wave rectifier ay magiging pareho, at sa full-wave rectifier ito ay 100 Hz.

Ang amplitude ng rectifier output boltahe ripple ay dapat malaman sa pagkakasunud-sunod. upang matukoy ang kahusayan ng mga filter na naka-install sa output ng mga rectifier na nagpapalabas ng medium na bahagi ng boltahe. Ang amplitude na ito ay karaniwang nailalarawan sa pamamagitan ng ripple factor (Erms), na tinukoy bilang ang ratio ng epektibong halaga ng variable component ng output voltage sa average na halaga nito (Edc):

r = Erms /Edc

Kung mas mababa ang ripple factor, mas mataas ang kahusayan ng filter. Ang ripple factor na ipinahayag bilang isang porsyento ay madalas ding ginagamit sa pagsasanay:

(Erms /Edc)x100%.

Ang mga low pass filter ay karaniwang ginagamit sa mga power supply. Ang mga filter na ito ay pumasa mula sa input hanggang sa output, na halos walang attenuation o attenuation, mga signal na ang mga frequency ay mas mababa sa cutoff frequency ng filter, at lahat ng mas mataas na frequency ay halos hindi naililipat sa output ng filter.

Ang mga filter ay maipapatupad mga resistor, inductors at mga kapasitor… Ang paggamit ng mga filter sa mga power supply ay naglalayong pakinisin ang rectifier output voltage ripple at ihiwalay ang DC component ng boltahe.

Ang mga filter na ginagamit sa mga power supply device ay nahahati sa dalawang pangunahing uri:

• mga filter na may capacitive input,

• inductive input filter.

Ang iba't ibang mga kumbinasyon ng pagsasama ng mga elemento ng filter ay ginagamit, na may iba't ibang mga pangalan (U-shaped na filter, L-shaped na filter, atbp.). Ang pangunahing uri ng filter ay tinutukoy ng elemento ng filter na direktang naka-install sa output ng rectifier.

Sa fig. Ipinapakita ng 1a at 1b ang mga pangunahing uri ng mga filter. Sa una sa mga ito, ang filter na kapasitor ay konektado sa output ng rectifier at shunts ang load. Sa pamamagitan ng filter capacitor, ang pangunahing bahagi ng AC component ng rectifier ay sarado. Sa pangalawa, ang isang filter choke ay konektado sa output ng rectifier, na bumubuo ng isang serye ng circuit na may load at pinipigilan ang anumang mga pagbabago sa kasalukuyang sa seryeng circuit na ito.

kanin. 1

Ang capacitive input filter ay nagbibigay ng mas mataas na output voltage level kaysa sa inductive input filter, at ang inductive input filter ay mas nakakabawas ng boltahe ripple. Kaya, ipinapayong gumamit ng isang capacitive input filter kapag ang isang mas mataas na supply boltahe ay kinakailangan, at isang inductive input filter kapag ang isang mas mahusay na DC output kalidad ay kinakailangan.

Capacitive input filter

Bago isaalang-alang ang pagpapatakbo ng mga kumplikadong mga filter, kinakailangan upang maunawaan ang pagpapatakbo ng pinakasimpleng capacitive filter na ipinapakita sa Fig. 2a. Output boltahe ng rectifier na walang filter sa displayyo sa fig. 2b, at sa pagkakaroon ng isang filter - sa fig. 2c. Sa kawalan ng isang filter capacitor, ang boltahe sa Rl ay may pulsating character. Ang average na halaga ng boltahe na ito ay ang output boltahe ng rectifier.

kanin. 2

Sa pagkakaroon ng isang filter na kapasitor, ang pangunahing bahagi ng alternating kasalukuyang bahagi ng kasalukuyang ay sarado sa pamamagitan ng kapasitor, bypassing ang load Rl... Sa hitsura ng unang kalahating alon ng output boltahe magsisimulang mag-charge ang filter capacitor positibo sa kaso, ang boltahe dito ay magbabago alinsunod sa output boltahe ng rectifier at sa dulo ng kalahati ng kalahating ikot ay maaabot ang pinakamataas na halaga nito.

Bilang karagdagan, ang pangalawang boltahe ng transpormer ay bumababa at ang kapasitor ay nagsisimulang mag-discharge sa pamamagitan ng R1, na pinapanatili ang positibong boltahe at kasalukuyang sa pagkarga sa mas mataas na antas kaysa sa kung wala ang filter.

Bago ganap na ma-discharge ang kapasitor, ang pangalawang positibong boltahe na kalahating alon ay nangyayari, muli na sinisingil ang kapasitor sa pinakamataas na halaga nito. Sa sandaling ang pangalawang paikot-ikot na boltahe ay nagsimulang bumaba, ang kapasitor ay muling magsisimulang mag-discharge sa pagkarga. Sa hinaharap, ang mga siklo ng pagsingil at paglabas ng kapasitor ay kahalili sa bawat kalahating ikot,

Ang kasalukuyang singilin ng kapasitor ay dumadaloy sa pangalawang paikot-ikot ng transpormer at ang pares ng rectifier diodes na naaayon sa kalahating siklo na ito, at ang kasalukuyang naglalabas ng kapasitor ay sarado sa pamamagitan ng pag-load Rl... Ang reactance ng kapasitor sa maliit ang dalas ng network kumpara sa Rl. Samakatuwid, ang variable na bahagi ng kasalukuyang dumadaloy pangunahin sa pamamagitan ng filter capacitor at halos dumadaloy sa Rl D.C..

Inductive input filter

Isaalang-alang ang isang inductive input filter o isang L-shaped na LC filter. Ang pagsasama nito sa rectifier at ang output voltage waveform ay ipinapakita sa Figure 3.

kanin. 3

Serial na koneksyon filter choke (L) na may load ay pumipigil sa mga kasalukuyang pagbabago sa circuit. Ang output boltahe dito ay mas mababa kaysa sa isang capacitive input filter dahil ang choke ay bumubuo ng isang serye na koneksyon na may isang impedance na nabuo sa pamamagitan ng parallel na koneksyon ng load at ang filter capacitor. Ang ganitong koneksyon ay humahantong sa isang mahusay na smoothing ng boltahe wave na kumikilos sa input ng filter, pagpapabuti ng kalidad ng pare-pareho ang output boltahe, bagaman ito ay binabawasan ang halaga nito.

Ang AC component ng rectifier output boltahe ay halos ganap na nakahiwalay mula sa choke inductance, at ang gitnang bahagi ay ang supply output boltahe. Ang pagkakaroon ng isang choke ay humahantong sa ang katunayan na ang tagal ng pagsasagawa ng estado ng rectifier diodes dito, hindi katulad ng rectifier na may capacitive filter, ay katumbas ng kalahati ng panahon.

Binabawasan ng choke reactance (L) ang halaga ng ripple voltage dahil pinipigilan nitong tumaas ang choke current kapag mas malaki ang output voltage ng rectifier kaysa sa load voltage, at pinipigilan din ang pagbaba ng current kung mas mababa ang output voltage ng rectifier. kaysa sa average na halaga.Samakatuwid, ang kasalukuyang sa load sa panahon ng operasyon ay halos pare-pareho, at ang boltahe ng mga alon ay hindi nakasalalay sa kasalukuyang load.

Multi-section inductive-capacitive filter

Ang kalidad ng pag-filter ng boltahe ng output ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng pagkonekta ng ilang mga filter sa serye. Sa fig. Ang 4 ay nagpapakita ng dalawang-yugto na LC na filter at halos ipinapakita ang mga waveform ng boltahe sa iba't ibang mga punto sa filter na may kaugnayan sa isang karaniwang punto.

kanin. 4

Bagama't ipinapakita dito ang dalawang nakakonektang serye na LC-filter, maaaring madagdagan ang bilang ng mga koneksyon. Ang pagtaas ng bilang ng mga koneksyon ay humahantong sa isang pagbawas sa ripple (at ang mga filter na may maraming mga koneksyon ay ginagamit nang tumpak kapag kinakailangan upang makakuha ng isang minimum na ripple sa output boltahe), ngunit binabawasan nito ang katatagan ng mga stabilizer na may tulad na mga filter. Bilang karagdagan, ang pagtaas sa bilang ng mga koneksyon ay humahantong sa isang pagtaas sa paglaban na konektado sa serye na may power supply, na humahantong sa isang pagtaas sa mga pagbabago sa output boltahe na may pagbabago sa kasalukuyang load.

U-shaped na filter

Sa fig. Ang 5 ay nagpapakita ng isang hugis-U na filter, kaya tinawag dahil ang graphical na representasyon nito ay kahawig ng titik P. Ito ay isang kumbinasyon ng capacitive at L-shaped na LC-filter.

kanin. 5

Ang isang risistor R, na konektado sa output ng filter, ay halos palaging naroroon sa mga power supply at ito ay opsyonal paglaban sa pagkarga… Dalawa ang layunin nito.

Una, nagbibigay ito ng isang landas sa paglabas para sa mga capacitor kapag ang boltahe ng mains ay nagambala at sa gayon ay pinipigilan ang posibilidad ng electric shock sa mga tauhan ng serbisyo.

Pangalawa, nagbibigay ito ng karagdagang pagkarga sa suplay ng kuryente kahit na naka-off ang panlabas na load at sa gayon ay nagpapatatag sa antas ng boltahe ng output. Ang risistor na ito ay maaari ding gamitin bilang isang elemento resistive boltahe divider para sa karagdagang mga output.

Ang U-shaped na filter ay isang filter na may capacitor input na pupunan ng isang L-shaped na koneksyon.Ang pangunahing pagkilos ng pag-filter ay ginagawa ng capacitor C1, na sinisingil sa pamamagitan ng conducting diodes at discharged sa pamamagitan ng L at R... Tulad ng isang conventional filter na may capacitive input, ang charging time ng capacitor ay makabuluhang mas maikli kaysa sa discharging time. .

Pinapakinis ng Choke L ang mga ripples ng kasalukuyang dumadaloy sa capacitor C2, na nagbibigay ng karagdagang pagsala. Ang boltahe sa kapasitor C2 ay ang output boltahe. Kahit na ang halaga nito ay bahagyang mas maliit kaysa sa kapag nagpapakain sa isang maginoo na capacitive filter, ang ripple ng output boltahe ay makabuluhang nabawasan.

Kahit na ipinapalagay natin na ang kapasitor C1 ay sinisingil sa pamamagitan ng conducting diodes ng rectifier sa halaga ng amplitude ng input AC boltahe at pagkatapos ay i-discharge sa pamamagitan ng R, ang boltahe ng kapasitor C2 ay magiging mas mababa kaysa sa C1, dahil ang choke L, na pumipigil sa anumang mga pagbabago sa kasalukuyang load, ay nakatayo sa discharge circuit ng capacitor C1 at bumubuo, kasama ang C2 at R, isang boltahe divider.

Ang kasalukuyang singilin ng mga capacitor C1 at C2 ay dumadaan sa pangalawang paikot-ikot ng transpormer at ang pagsasagawa ng mga diode ng rectifier. Gayundin, kapag ang C2 ay sinisingil, ang kasalukuyang ito ay dumadaloy sa pamamagitan ng choke L... Ang Capacitor C1 ay naglalabas sa pamamagitan ng series-connected L at R, at ang C2 ay naglalabas lamang sa pamamagitan ng resistance R. Ang rate ng discharge ng input capacitor C1 ay depende sa halaga ng resistance R.

Ang discharge time constant ng mga capacitor ay direktang proporsyonal sa R ​​value... Kung ito ay mataas, ang mga capacitor ay nagdidischarge ng kaunti at ang output boltahe ay mataas.Sa mas mababang halaga ng R, tumataas ang rate ng paglabas at bababa ang boltahe ng output, dahil ang pagbaba ng R ay nangangahulugan ng pagtaas ng kasalukuyang paglabas ng kapasitor. Kaya, mas mababa ang capacitor discharge time constant, mas mababa ang average na halaga ng output boltahe.

U-shaped na C-RC na filter

Hindi tulad ng filter na tinalakay lamang sa hugis-U na C-RB C-filter, ang isang risistor R ay konektado sa pagitan ng dalawang capacitor sa halip na isang choke.1 tulad ng ipinapakita sa Fig. 6.

Ang mga pangunahing pagkakaiba at pagganap ng filter ay tinutukoy ng iba't ibang tugon ng choke at AC resistance. Sa nakaraang kaso, ang mga reactances ng inductor L at ang capacitor C2 ay tulad na ang boltahe divider na nabuo sa pamamagitan ng mga ito ay nagbibigay ng isang medyo mas mahusay na smoothing ng output boltahe.

Sa fig. 6, parehong DC at AC kasalukuyang mga bahagi ng rectified kasalukuyang sa pamamagitan ng R1. Dahil sa pagbaba ng boltahe sa R1 mula sa bahagi ng DC, bumababa ang boltahe ng output at mas malaki ang kasalukuyang, mas malaki ang pagbaba ng boltahe na ito. Samakatuwid, ang C-RC-filter ay maaari lamang gamitin sa mababang load currents. Tulad ng sa kaso ng mga inductive-capacitive filter, posible na gumamit ng isang multi-level na koneksyon ng mga filter circuit.

kanin. 6

Ang pagpili ng mga filter sa anumang kaso ay hindi isang madaling problema, ngunit sa anumang kaso kailangan mong maunawaan ang kanilang layunin at mga prinsipyo ng pagpapatakbo dahil sa ang katunayan na sila ay higit na tinutukoy ang tamang operasyon ng mga power supply.