Penapis kuasa

Pelbagai peranti elektronik memerlukan sumber voltan untuk menggerakkan peranti DC. Voltan keluaran penerus mempunyai rupa berdenyut. Di dalamnya anda boleh memilih komponen purata atau DC voltan dan komponen berubah yang dipanggil voltan riak atau riak voltan keluaran.

Oleh itu, riak menentukan sisihan nilai serta-merta voltan keluaran daripada purata dan boleh menjadi positif dan negatif. Voltan dicirikan oleh dua faktor: frekuensi dan amplitud gelombang. Dalam penerus, frekuensi riak sama ada sama dengan frekuensi voltan masukan (dalam penerus separuh gelombang) ​​atau dua kali lebih tinggi (dalam penerus gelombang penuh).

Dalam penerus separuh gelombang, hanya satu separuh gelombang voltan masukan digunakan untuk mendapatkan voltan keluaran, dan voltan keluaran adalah dalam bentuk separuh gelombang satu arah, mengikut kekerapan voltan masukan.

Dalam penerus gelombang penuh (kedua-dua titik sifar dan jambatan), separuh gelombang voltan keluaran dibentuk oleh setiap separuh gelombang voltan masukan. Oleh itu, frekuensi gelombang di sini adalah dua kali lebih tinggi daripada itu kekerapan rangkaian… Jika frekuensi arus dalam rangkaian ialah 50 Hz, maka frekuensi gelombang dalam penerus separuh gelombang akan sama, dan dalam penerus gelombang penuh ialah 100 Hz.

Amplitud riak voltan keluaran penerus mesti diketahui mengikut urutan. untuk menentukan kecekapan penapis yang dipasang pada output penerus yang memancarkan komponen voltan sederhana. Amplitud ini biasanya dicirikan oleh faktor riak (Erms), yang ditakrifkan sebagai nisbah nilai berkesan komponen pembolehubah voltan keluaran kepada nilai puratanya (Edc):

r = Erms /Edc

Semakin rendah faktor riak, semakin tinggi kecekapan penapis. Faktor riak yang dinyatakan sebagai peratusan juga sering digunakan dalam amalan:

(Erms /Edc)x100%.

Penapis lulus rendah biasanya digunakan dalam bekalan kuasa. Penapis ini melepasi dari input ke output, dengan hampir tiada pengecilan atau pengecilan, isyarat yang frekuensinya berada di bawah frekuensi cutoff penapis, dan semua frekuensi yang lebih tinggi secara praktikal tidak dihantar ke output penapis.

Penapis boleh dilaksanakan perintang, induktor dan kapasitor… Penggunaan penapis dalam bekalan kuasa bertujuan untuk melicinkan riak voltan keluaran penerus dan mengasingkan komponen DC voltan.

Penapis yang digunakan dalam peranti bekalan kuasa dibahagikan kepada dua jenis utama:

• penapis dengan input kapasitif,

• penapis input induktif.

Gabungan yang berbeza bagi kemasukan elemen penapis digunakan, yang mempunyai nama yang berbeza (penapis berbentuk U, penapis berbentuk L, dll.). Jenis penapis utama ditentukan oleh elemen penapis yang dipasang terus pada output penerus.

Dalam rajah. 1a dan 1b menunjukkan jenis penapis utama. Dalam yang pertama ini, kapasitor penapis disambungkan kepada output penerus dan mengurangkan beban. Melalui kapasitor penapis, bahagian utama komponen AC penerus ditutup. Pada yang kedua, pencekik penapis disambungkan kepada output penerus, yang membentuk litar bersiri dengan beban dan menghalang sebarang perubahan dalam arus dalam litar siri ini.

nasi. 1

Penapis input kapasitif menyediakan tahap voltan keluaran yang lebih tinggi daripada penapis input induktif, dan penapis input induktif lebih baik mengurangkan riak voltan. Oleh itu, adalah dinasihatkan untuk menggunakan penapis input kapasitif apabila voltan bekalan yang lebih tinggi diperlukan, dan penapis input induktif apabila kualiti output DC yang lebih baik diperlukan.

Penapis input kapasitif

Sebelum mempertimbangkan operasi penapis kompleks, adalah perlu untuk memahami operasi penapis kapasitif termudah yang ditunjukkan dalam Rajah. 2a. Voltan keluaran penerus tanpa penapis pada paparanyo dalam rajah. 2b, dan dengan kehadiran penapis - dalam rajah. 2c. Dengan ketiadaan kapasitor penapis, voltan dalam Rl mempunyai watak berdenyut. Nilai purata voltan ini ialah voltan keluaran penerus.

nasi. 2

Dengan kehadiran kapasitor penapis, bahagian utama komponen arus ulang alik arus ditutup melalui kapasitor, memintas beban Rl... Dengan kemunculan separuh gelombang pertama voltan keluaran kapasitor penapis akan mula dicas positif kepada kes itu, voltan padanya akan berubah mengikut voltan keluaran penerus dan pada penghujung separuh kitaran separuh akan mencapai nilai maksimumnya.

Di samping itu, voltan sekunder pengubah jatuh dan kapasitor mula menyahcas melalui R1, mengekalkan voltan positif dan arus dalam beban pada tahap yang lebih tinggi daripada tanpa penapis.

Sebelum kapasitor boleh menyahcas sepenuhnya, voltan positif kedua separuh gelombang berlaku, sekali lagi mengecas kapasitor ke nilai maksimumnya. Sebaik sahaja voltan penggulungan sekunder mula berkurangan, kapasitor akan mula menyahcas semula ke beban. Pada masa hadapan, kitaran cas dan nyahcas kapasitor silih berganti dalam setiap separuh kitaran,

Arus pengecasan kapasitor mengalir melalui belitan sekunder pengubah dan sepasang diod penerus yang sepadan dengan separuh kitaran ini, dan arus nyahcas kapasitor ditutup melalui beban Rl... Reaktansi kapasitor pada kekerapan rangkaian adalah kecil berbanding Rl. Oleh itu, komponen pembolehubah arus mengalir terutamanya melalui kapasitor penapis dan secara praktikal mengalir melalui Rl D.C..

Penapis input induktif

Pertimbangkan penapis input induktif atau penapis LC berbentuk L. Kemasukannya dalam penerus dan bentuk gelombang voltan keluaran ditunjukkan dalam Rajah 3.

nasi. 3

Sambungan bersiri tercekik penapis (L) dengan beban menghalang perubahan arus dalam litar. Voltan keluaran di sini adalah kurang daripada dengan penapis input kapasitif kerana pencekik membentuk sambungan siri dengan impedans yang dibentuk oleh sambungan selari beban dan kapasitor penapis. Sambungan sedemikian membawa kepada pelicinan gelombang voltan yang baik yang bertindak pada input penapis, meningkatkan kualiti voltan keluaran malar, walaupun ia mengurangkan nilainya.

Komponen AC bagi voltan keluaran penerus hampir terpencil sepenuhnya daripada kearuhan tercekik, dan komponen tengah ialah voltan keluaran bekalan. Kehadiran pencekik membawa kepada fakta bahawa tempoh keadaan konduktor diod penerus di sini, tidak seperti penerus dengan penapis kapasitif, adalah sama dengan separuh tempoh.

Reaktans tercekik (L) mengurangkan nilai voltan riak kerana ia menghalang arus tercekik daripada meningkat apabila voltan keluaran penerus lebih besar daripada voltan beban, dan juga menghalang arus daripada berkurangan jika voltan keluaran penerus kurang daripada nilai purata.Oleh itu, arus dalam beban semasa tempoh operasi boleh dikatakan malar, dan voltan gelombang tidak bergantung pada arus beban.

Penapis induktif-kapasitif berbilang bahagian

Kualiti penapisan voltan keluaran boleh dipertingkatkan dengan menyambungkan beberapa penapis secara bersiri. Dalam rajah. 4 menunjukkan penapis LC dua peringkat dan secara kasar menunjukkan bentuk gelombang voltan pada titik berbeza pada penapis berbanding dengan titik sepunya.

nasi. 4

Walaupun dua penapis LC bersambung siri ditunjukkan di sini, bilangan sambungan boleh ditambah. Meningkatkan bilangan sambungan membawa kepada penurunan riak (dan penapis dengan banyak sambungan digunakan dengan tepat apabila perlu untuk mendapatkan riak minimum dalam voltan keluaran), tetapi ini mengurangkan kestabilan penstabil dengan penapis sedemikian. Di samping itu, peningkatan dalam bilangan sambungan membawa kepada peningkatan dalam rintangan yang disambungkan secara bersiri dengan bekalan kuasa, yang membawa kepada peningkatan dalam perubahan dalam voltan keluaran dengan perubahan dalam arus beban.

Penapis berbentuk U

Dalam rajah. 5 menunjukkan penapis berbentuk U, dipanggil demikian kerana perwakilan grafiknya menyerupai huruf P. Ia adalah gabungan penapis LC kapasitif dan berbentuk L.

nasi. 5

Perintang R, yang disambungkan kepada output penapis, hampir selalu ada dalam bekalan kuasa dan adalah pilihan rintangan beban… Tujuannya adalah dua kali ganda.

Pertama, ia menyediakan laluan nyahcas untuk kapasitor apabila voltan sesalur terputus dan dengan itu menghalang kemungkinan kejutan elektrik kepada kakitangan perkhidmatan.

Kedua, ia memberikan beban tambahan pada bekalan kuasa walaupun beban luaran dimatikan dan dengan itu menstabilkan tahap voltan keluaran. Perintang ini juga boleh digunakan sebagai elemen pembahagi voltan rintangan untuk keluaran tambahan.

Penapis berbentuk U ialah penapis dengan input kapasitor ditambah dengan sambungan berbentuk L.Tindakan penapisan utama dilakukan oleh kapasitor C1, yang dicas melalui diod pengalir dan dilepaskan melalui L dan R... Seperti penapis konvensional dengan input kapasitif, masa pengecasan kapasitor adalah jauh lebih pendek daripada masa nyahcas. .

Choke L melicinkan riak arus yang mengalir melalui kapasitor C2, memberikan penapisan tambahan. Voltan merentasi kapasitor C2 ialah voltan keluaran. Walaupun nilainya lebih kecil sedikit daripada semasa memberi makan dengan penapis kapasitif konvensional, riak voltan keluaran berkurangan dengan ketara.

Walaupun kita menganggap bahawa kapasitor C1 dicas melalui diod konduktor penerus kepada nilai amplitud voltan AC input dan kemudian dinyahcas melalui R, voltan kapasitor C2 akan kurang daripada C1, kerana tercekik L, yang menghalang sebarang perubahan dalam arus beban, berdiri dalam litar nyahcas kapasitor C1 dan membentuk, bersama-sama dengan C2 dan R, pembahagi voltan.

Arus pengecasan kapasitor C1 dan C2 melalui belitan sekunder pengubah dan diod konduktor penerus. Juga, apabila C2 dicas, arus ini mengalir melalui pencekik L... Kapasitor C1 nyahcas melalui L dan R yang disambungkan bersiri, dan C2 nyahcas hanya melalui rintangan R. Kadar nyahcas kapasitor input C1 bergantung pada nilai rintangan R.

Pemalar masa nyahcas bagi kapasitor adalah berkadar terus dengan nilai R... Jika ia tinggi, maka kapasitor nyahcas sedikit dan voltan keluaran adalah tinggi.Pada nilai R yang lebih rendah, kadar nyahcas meningkat dan voltan keluaran akan berkurangan, kerana penurunan R bermakna meningkatkan arus nyahcas kapasitor. Oleh itu, semakin rendah pemalar masa nyahcas kapasitor, semakin rendah nilai purata voltan keluaran.

Penapis C-RC berbentuk U

Tidak seperti penapis yang baru dibincangkan dalam penapis C-RB berbentuk U, perintang R disambungkan di antara dua kapasitor dan bukannya pencekik.1 seperti yang ditunjukkan dalam Rajah. 6.

Perbezaan utama dan prestasi penapis ditentukan oleh tindak balas tercekik dan rintangan AC yang berbeza. Dalam kes sebelumnya, tindak balas induktor L dan kapasitor C2 adalah sedemikian rupa sehingga pembahagi voltan yang dibentuk oleh mereka memberikan pelicinan voltan keluaran yang agak lebih baik.

Dalam rajah. 6, kedua-dua komponen arus DC dan AC bagi arus diperbetulkan melalui R1. Disebabkan penurunan voltan merentasi R1 dari komponen DC, voltan keluaran berkurangan dan semakin besar arus, semakin besar penurunan voltan ini. Oleh itu, penapis C-RC hanya boleh digunakan dengan arus beban rendah. Seperti dalam kes penapis kapasitif induktif, adalah mungkin untuk menggunakan sambungan pelbagai peringkat litar penapis.

nasi. 6

Memilih penapis dalam apa jua keadaan bukanlah masalah yang mudah, tetapi dalam apa jua keadaan anda perlu memahami tujuan dan prinsip operasinya kerana fakta bahawa mereka sebahagian besarnya menentukan operasi bekalan kuasa yang betul.