Strømfiltre

Forskellige elektroniske enheder kræver spændingskilder for at drive DC-enhederne. Udgangsspænding ensrettere har et pulserende udseende. I den kan du vælge gennemsnits- eller DC-komponenten af ​​spændingen og den variable komponent, som kaldes rippelspænding eller rippel af udgangsspændingen.

krusningen bestemmer således afvigelsen af ​​den øjeblikkelige værdi af udgangsspændingen fra gennemsnittet og kan være både positiv og negativ. Spænding er karakteriseret ved to faktorer: frekvens og amplitude af bølgerne. I ensrettere er ripple-frekvensen enten den samme som frekvensen af ​​indgangsspændingen (i en halvbølge-ensretter) eller dobbelt så høj (i en fuldbølge-ensretter).

I en halvbølgeensretter bruges kun en halvbølge af indgangsspændingen til at opnå udgangsspændingen, og udgangsspændingen er i form af ensrettede halvbølger, der følger indgangsspændingens frekvens.

I fuldbølgeensrettere (både nulpunkt og bro) dannes halvbølgerne af udgangsspændingen af ​​hver halvbølge af indgangsspændingen. Derfor er bølgefrekvensen her dobbelt så høj som den netværksfrekvens… Hvis frekvensen af ​​strømmen i netværket er 50 Hz, så vil frekvensen af ​​bølgerne i halvbølgeensretteren være den samme, og i fuldbølgeensretteren er den 100 Hz.

Amplituden af ​​ensretterens udgangsspændingsrippel skal være kendt i rækkefølge. at bestemme effektiviteten af ​​de filtre, der er installeret ved udgangen af ​​de ensrettere, der udsender mellemspændingskomponenten. Denne amplitude er normalt kendetegnet ved krusningsfaktoren (Erms), som er defineret som forholdet mellem den effektive værdi af den variable komponent af udgangsspændingen og dens gennemsnitlige værdi (Edc):

r = Erms /Edc

Jo lavere krusningsfaktor, desto højere effektivitet af filteret. krusningsfaktoren udtrykt i procent bruges også ofte i praksis:

(Erms /Edc)x100%.

Lavpasfiltre bruges almindeligvis i strømforsyninger. Disse filtre passerer fra indgangen til udgangen, næsten uden dæmpning eller dæmpning, signaler, hvis frekvenser er under filterets afskæringsfrekvens, og alle højere frekvenser transmitteres praktisk talt ikke til filterets udgang.

Filtre er eksekverbare modstande, induktorer og kondensatorer… Brugen af ​​filtre i strømforsyningerne har til formål at udjævne ensretterens udgangsspændingsrippel og isolere DC-komponenten af ​​spændingen.

Filtre, der bruges i strømforsyningsenheder, er opdelt i to hovedtyper:

• filtre med kapacitiv input,

• induktive indgangsfiltre.

Der anvendes forskellige kombinationer af inklusion af filterelementer, som har forskellige navne (U-formet filter, L-formet filter osv.). Hovedfiltertypen bestemmes af filterelementet installeret direkte ved udgangen af ​​ensretteren.

I fig. 1a og 1b viser hovedtyperne af filtre. I den første af disse er filterkondensatoren forbundet til udgangen af ​​ensretteren og shunter belastningen. Gennem filterkondensatoren er hoveddelen af ​​ensretterens AC-komponent lukket. I den anden er der tilsluttet en filterdrossel til ensretterens udgang, som danner et seriekredsløb med belastningen og forhindrer ændringer i strømmen i dette seriekredsløb.

Ris. 1

Et kapacitivt inputfilter giver et højere udgangsspændingsniveau end et induktivt inputfilter, og et induktivt inputfilter reducerer bedre spændingsrippel. Det er derfor tilrådeligt at bruge et kapacitivt indgangsfilter, når der kræves en højere forsyningsspænding, og et induktivt indgangsfilter, når der kræves en bedre DC-udgangskvalitet.

Kapacitivt inputfilter

Før man overvejer driften af ​​komplekse filtre, er det nødvendigt at forstå driften af ​​det enkleste kapacitive filter vist i fig. 2a. Udgangsspænding af ensretteren uden filter på displayet i fig. 2b, og i nærværelse af et filter - i fig. 2c. I mangel af en filterkondensator har spændingen i Rl en pulserende karakter. Gennemsnitsværdien af ​​denne spænding er ensretterens udgangsspænding.

Ris. 2

I nærvær af en filterkondensator lukkes hoveddelen af ​​vekselstrømskomponenten af ​​strømmen gennem kondensatoren, der omgår belastningen Rl... Med udseendet af den første halvbølge af udgangsspændingen filterkondensatoren begynder at oplades positiv til sagen, vil spændingen på den ændre sig i overensstemmelse med ensretterens udgangsspænding og vil ved slutningen af ​​halvdelen af ​​halvcyklussen nå sin maksimale værdi.

Derudover falder transformatorens sekundære spænding, og kondensatoren begynder at aflade gennem R1, hvilket holder den positive spænding og strøm i belastningen på et højere niveau, end det ville være uden filteret.

Før kondensatoren kan aflades helt, opstår der en anden positiv spændingshalvbølge, som igen oplader kondensatoren til dens maksimale værdi. Så snart den sekundære viklingsspænding begynder at falde, vil kondensatoren igen begynde at aflade til belastningen. I fremtiden veksler opladnings- og afladningscyklusserne for kondensatoren i hver halvcyklus,

Kondensatorens ladestrøm løber gennem transformatorens sekundære vikling og parret af ensretterdioder svarende til denne halvcyklus, og kondensatorens afladningsstrøm lukkes gennem belastningen Rl... Kondensatorens reaktans ved netværksfrekvensen er lille sammenlignet med Rl. Derfor strømmer den variable komponent af strømmen hovedsageligt gennem filterkondensatoren og strømmer praktisk talt gennem Rl D.C..

Induktivt indgangsfilter

Overvej et induktivt indgangsfilter eller et L-formet LC-filter. Dens inklusion i ensretteren og udgangsspændingsbølgeformen er vist i figur 3.

Ris. 3

Seriel forbindelse filterchoker (L) med belastning hæmmer strømændringer i kredsløbet. Udgangsspændingen er her mindre end ved et kapacitivt indgangsfilter, fordi chokeren danner en serieforbindelse med en impedans dannet af parallelforbindelsen af ​​belastningen og filterkondensatoren. En sådan forbindelse fører til en god udjævning af spændingsbølgen, der virker ved filterets indgang, hvilket forbedrer kvaliteten af ​​den konstante udgangsspænding, selvom den reducerer dens værdi.

AC-komponenten af ​​ensretterens udgangsspænding er næsten fuldstændig isoleret fra chokerinduktansen, og den midterste komponent er forsyningsudgangsspændingen. Tilstedeværelsen af ​​en drossel fører til, at varigheden af ​​ensretterdiodernes ledende tilstand her, i modsætning til ensretteren med et kapacitivt filter, er lig med halvdelen af ​​perioden.

Drosselsreaktansen (L) reducerer værdien af ​​rippelspændingen, fordi den forhindrer drosselstrømmen i at stige, når ensretterens udgangsspænding er større end belastningsspændingen, og forhindrer også strømmen i at falde, hvis udgangsspændingen af ​​ensretteren er mindre end gennemsnitsværdien Derfor er strømmen i belastningen i driftsperioden praktisk talt konstant, og bølgernes spænding afhænger ikke af belastningsstrømmen.

Flersektions induktivt-kapacitivt filter

Filtreringskvaliteten af ​​udgangsspændingen kan forbedres ved at forbinde flere filtre i serie. I fig. 4 viser et to-trins LC-filter og viser groft spændingsbølgeformerne ved forskellige punkter på filteret i forhold til et fælles punkt.

Ris. 4

Selvom to serieforbundne LC-filtre er vist her, kan antallet af tilslutninger øges. Forøgelse af antallet af forbindelser fører til et fald i krusning (og filtre med mange forbindelser bruges præcist, når det er nødvendigt at opnå en minimum krusning i udgangsspændingen), men dette reducerer stabiliteten af ​​stabilisatorer med sådanne filtre. Derudover fører en stigning i antallet af forbindelser til en stigning i modstanden forbundet i serie med strømforsyningen, hvilket fører til en stigning i ændringerne i udgangsspændingen med en ændring i belastningsstrømmen.

U-formet filter

I fig. 5 viser et U-formet filter, såkaldt fordi dets grafiske gengivelse ligner bogstavet P. Det er en kombination af kapacitive og L-formede LC-filtre.

Ris. 5

En modstand R, som er forbundet til filterets udgang, er næsten altid til stede i strømforsyninger og er valgfri belastningsmodstand… Dens formål er dobbelt.

For det første giver det en afladningsvej for kondensatorerne, når netspændingen afbrydes og forhindrer dermed muligheden for elektrisk stød til servicepersonale.

For det andet giver det en ekstra belastning på strømforsyningen, selv når den eksterne belastning er slukket og stabiliserer således udgangsspændingsniveauet. Denne modstand kan også bruges som et element resistiv spændingsdeler for yderligere udgange.

Det U-formede filter er et filter med en kondensatorindgang suppleret med en L-formet forbindelse.Hovedfiltreringshandlingen udføres af kondensatoren C1, som oplades gennem de ledende dioder og aflades gennem L og R... Som med et konventionelt filter med en kapacitiv indgang, er opladningstiden for kondensatoren væsentligt kortere end afladningstiden .

Choke L udjævner krusningen af ​​strømmen, der flyder gennem kondensatoren C2, hvilket giver yderligere filtrering. Spændingen over kondensator C2 er udgangsspændingen. Selvom dens værdi er lidt mindre end ved fodring med et konventionelt kapacitivt filter, reduceres udgangsspændingens krusning betydeligt.

Selv hvis vi antager, at kondensatoren C1 oplades gennem ensretterens ledende dioder til værdien af ​​amplituden af ​​indgangs-vekselspændingen og derefter aflades gennem R, vil spændingen af ​​kondensatoren C2 være mindre end C1, fordi drossel L, som forhindrer ændringer i belastningsstrømmen, står i kondensatorens C1 afladningskredsløb og danner sammen med C2 og R en spændingsdeler.

Ladestrømmen af ​​kondensatorerne C1 og C2 passerer gennem transformatorens sekundære vikling og ensretterens ledende dioder. Også, når C2 er opladet, løber denne strøm gennem droslen L... Kondensator C1 aflades gennem serieforbundne L og R, og C2 aflades kun gennem modstand R. Afladningshastigheden af ​​indgangskondensator C1 afhænger af værdien af ​​modstand R.

Afladningstidskonstanten for kondensatorerne er direkte proportional med R-værdien... Hvis den er høj, aflades kondensatorerne lidt, og udgangsspændingen er høj.Ved lavere værdier af R stiger afladningshastigheden, og udgangsspændingen falder, da faldende R betyder, at kondensatorens afladningsstrøm øges. Jo lavere kondensatorafladningstidskonstanten er, jo lavere er gennemsnitsværdien af ​​udgangsspændingen.

U-formet C-RC filter

I modsætning til det netop omtalte filter i det U-formede C-RB C-filter, er en modstand R forbundet mellem de to kondensatorer i stedet for en drossel.1 som vist i fig. 6.

De vigtigste forskelle og filterydelsen bestemmes af den forskellige chokerrespons og AC-modstand. I det foregående tilfælde er reaktanserne af induktoren L og kondensatoren C2 således, at spændingsdeleren dannet af dem giver en relativt bedre udglatning af udgangsspændingen.

I fig. 6, både DC- og AC-strømkomponenterne af den ensrettede strøm gennem R1. På grund af spændingsfaldet over R1 fra DC-komponenten falder udgangsspændingen og jo større strømmen er, jo større er dette spændingsfald. Derfor kan C-RC-filteret kun bruges ved lave belastningsstrømme. Som ved induktiv-kapacitive filtre er det muligt at anvende en multi-level tilslutning af filterkredsløb.

Ris. 6

At vælge filtre er under alle omstændigheder ikke et let problem, men under alle omstændigheder skal du forstå deres formål og principper for drift på grund af det faktum, at de i vid udstrækning bestemmer den korrekte drift af strømforsyninger.