Güç filtreleri

Çeşitli elektronik cihazlar, DC cihazlarına güç sağlamak için voltaj kaynakları gerektirir. Çıkış gerilimi redresörler titreşimli bir görünüme sahiptir. İçinde voltajın ortalama veya DC bileşenini ve dalgalanma voltajı veya çıkış voltajının dalgalanması olarak adlandırılan değişken bileşeni seçebilirsiniz.

Böylece dalgalanma, çıkış voltajının anlık değerinin ortalamadan sapmasını belirler ve hem pozitif hem de negatif olabilir. Gerilim iki faktörle karakterize edilir: dalgaların frekansı ve genliği. Doğrultucularda dalgalanma frekansı ya giriş voltajının frekansı ile aynı (yarım dalga doğrultucuda) veya iki kat daha yüksektir (tam dalga doğrultucuda).

Yarım dalga doğrultucuda, çıkış gerilimini elde etmek için giriş geriliminin yalnızca bir yarım dalgası kullanılır ve çıkış gerilimi, giriş geriliminin frekansını takip eden tek yönlü yarım dalgalar halindedir.

Tam dalga doğrultucularda (hem sıfır noktası hem de köprü), çıkış voltajının yarım dalgaları, giriş voltajının her bir yarım dalgasından oluşur. Bu nedenle, buradaki dalga frekansı bunun iki katıdır. ağ frekansı… Şebekedeki akımın frekansı 50 Hz ise, yarım dalga doğrultucudaki dalgaların frekansı aynı, tam dalga doğrultucuda ise 100 Hz olacaktır.

Doğrultucu çıkış voltajı dalgalanmasının genliği sırayla bilinmelidir. Orta gerilim bileşenini yayan doğrultucuların çıkışına takılan filtrelerin veriminin belirlenmesi. Bu genlik genellikle, çıkış voltajının değişken bileşeninin etkin değerinin ortalama değerine (Edc) oranı olarak tanımlanan dalgalanma faktörü (Erms) ile karakterize edilir:

r = Erms /Edc

Dalgalanma faktörü ne kadar düşük olursa, filtrenin verimliliği o kadar yüksek olur. Yüzde olarak ifade edilen dalgalanma faktörü de pratikte sıklıkla kullanılır:

(Erms /Edc)x100%.

Alçak geçiren filtreler genellikle güç kaynaklarında kullanılır. Bu filtreler, frekansları filtrenin kesme frekansının altında olan sinyalleri neredeyse hiç zayıflama veya zayıflama olmadan girişten çıkışa geçirir ve daha yüksek frekansların tümü pratik olarak filtrenin çıkışına iletilmez.

Filtreler çalıştırılabilir dirençler, indüktörler Ve kapasitörler… Güç kaynaklarında filtrelerin kullanılması, doğrultucu çıkış voltajı dalgalanmasını düzeltmeyi ve voltajın DC bileşenini izole etmeyi amaçlar.

Güç kaynağı cihazlarında kullanılan filtreler iki ana tipe ayrılır:

• kapasitif girişli filtreler,

• endüktif giriş filtreleri.

Farklı isimlere sahip (U-şekilli filtre, L-şekilli filtre, vb.) Filtre elemanlarının dahil edilmesinin farklı kombinasyonları kullanılır. Ana filtre tipi doğrudan doğrultucu çıkışına takılan filtre elemanı tarafından belirlenir.

İncirde. 1a ve 1b ana filtre tiplerini göstermektedir. Bunlardan ilkinde filtre kondansatörü doğrultucu çıkışına bağlanır ve yükü şöntler. Filtre kapasitörü sayesinde, doğrultucunun AC bileşeninin ana kısmı kapatılır. İkincisinde ise doğrultucunun çıkışına yükle bir seri devre oluşturan ve bu seri devrede akımın değişmesini engelleyen bir filtre bobini bağlanır.

Pirinç. 1

Kapasitif bir giriş filtresi, endüktif bir giriş filtresinden daha yüksek bir çıkış voltajı seviyesi sağlar ve endüktif bir giriş filtresi, voltaj dalgalanmasını daha iyi azaltır. Bu nedenle, daha yüksek bir besleme gerilimi gerektiğinde kapasitif bir giriş filtresi ve daha iyi bir DC çıkış kalitesi gerektiğinde endüktif bir giriş filtresi kullanılması tavsiye edilir.

kapasitif giriş filtresi

Karmaşık filtrelerin çalışmasını ele almadan önce, Şekil 1'de gösterilen en basit kapasitif filtrenin çalışmasını anlamak gerekir. 2a. Doğrultucunun filtresiz çıkış voltajı, şek. 2b ve bir filtrenin varlığında - Şek. 2c. Bir filtre kondansatörünün yokluğunda, Rl'deki voltaj titreşimli bir karaktere sahiptir. Bu voltajın ortalama değeri doğrultucunun çıkış voltajıdır.

Pirinç. 2

Bir filtre kapasitörünün varlığında, akımın alternatif akım bileşeninin ana kısmı, yükü atlayarak kapasitör aracılığıyla kapatılır Rl... Çıkış voltajının ilk yarım dalgasının görünümü ile filtre kondansatörü şarj olmaya başlayacak pozitif ise üzerindeki gerilim doğrultucunun çıkış gerilimine göre değişecek ve yarım çevrimin sonunda maksimum değerine ulaşacaktır.

Ayrıca trafo sekonder gerilimi düşer ve kondansatör R1 üzerinden boşalmaya başlayarak yükteki pozitif gerilim ve akımı filtresiz olacağından daha yüksek bir seviyede tutar.

Kondansatör tamamen boşalmadan önce, kondansatörü tekrar maksimum değerine şarj eden ikinci bir pozitif voltaj yarım dalgası meydana gelir. Sekonder sargı voltajı düşmeye başlar başlamaz kondansatör tekrar yüke deşarj olmaya başlayacaktır. Gelecekte, kapasitörün şarj ve deşarj döngüleri her yarım döngüde değişir,

Kondansatörün şarj akımı, transformatörün sekonder sargısından ve bu yarım döngüye karşılık gelen doğrultucu diyot çiftinden akar ve kondansatörün deşarj akımı, Rl... Kondansatörün reaktansı ağ frekansı, Rl'ye kıyasla küçüktür. Bu nedenle, akımın değişken bileşeni esas olarak filtre kondansatöründen akar ve pratik olarak Rl'den akar. DC.

endüktif giriş filtresi

Endüktif bir giriş filtresi veya L şeklinde bir LC filtresi düşünün. Doğrultucuya dahil edilmesi ve çıkış voltajı dalga formu Şekil 3'te gösterilmiştir.

Pirinç. 3

seri bağlantı filtre bobini (L) yük ile devredeki akım değişikliklerini engeller. Buradaki çıkış voltajı, kapasitif bir giriş filtresinden daha düşüktür çünkü jikle, yükün ve filtre kondansatörünün paralel bağlanmasıyla oluşturulan bir empedans ile bir seri bağlantı oluşturur. Böyle bir bağlantı, filtre girişinde etkili olan voltaj dalgasının iyi bir şekilde yumuşatılmasına yol açarak, değerini düşürmesine rağmen sabit çıkış voltajının kalitesini iyileştirir.

Doğrultucu çıkış voltajının AC bileşeni, bobin endüktansından neredeyse tamamen izole edilmiştir ve orta bileşen, besleme çıkış voltajıdır. Bir jiklenin varlığı, kapasitif filtreli doğrultucunun aksine, buradaki doğrultucu diyotların iletkenlik durumunun süresinin yarıya eşit olmasına yol açar.

Şok reaktansı (L), doğrultucu çıkış voltajı yük voltajından büyük olduğunda şok akımının artmasını ve doğrultucu çıkış voltajı düşükse akımın düşmesini engellediğinden dalgalı voltajın değerini düşürür. ortalama değerden Bu nedenle, çalışma süresi boyunca yükteki akım pratik olarak sabittir ve dalgaların voltajı yük akımına bağlı değildir.

Çok bölümlü endüktif kapasitif filtre

Çıkış voltajının filtreleme kalitesi, birkaç filtreyi seri olarak bağlayarak iyileştirilebilir. İncirde. Şekil 4, iki aşamalı bir LC filtresini gösterir ve ortak bir noktaya göre filtre üzerindeki farklı noktalardaki gerilim dalga biçimlerini kabaca gösterir.

Pirinç. 4

Burada iki seri bağlı LC filtresi gösterilmesine rağmen, bağlantı sayısı artırılabilir. Bağlantı sayısının arttırılması dalgalanmada bir azalmaya yol açar (ve birçok bağlantıya sahip filtreler tam olarak çıkış geriliminde minimum bir dalgalanma elde etmek gerektiğinde kullanılır), ancak bu, bu tür filtrelere sahip stabilizatörlerin kararlılığını azaltır. Ayrıca bağlantı sayısındaki artış güç kaynağına seri bağlanan direncin artmasına, bu da yük akımındaki değişiklikle çıkış gerilimindeki değişimin artmasına neden olur.

U-şekilli filtre

İncirde. Şekil 5, grafik temsili P harfine benzediği için böyle adlandırılan U-şekilli bir filtreyi göstermektedir. Bu, kapasitif ve L-şekilli LC-filtrelerinin bir kombinasyonudur.

Pirinç. 5

Filtrenin çıkışına bağlı bir direnç R, neredeyse her zaman güç kaynaklarında bulunur ve isteğe bağlıdır yük direnci… Amacı iki yönlüdür.

Birincisi, şebeke gerilimi kesildiğinde kondansatörler için bir deşarj yolu sağlar ve böylece servis personelinin elektrik çarpması olasılığını önler.

İkincisi, harici yük kapatıldığında bile güç kaynağına ek bir yük sağlar ve böylece çıkış voltajı seviyesini dengeler. Bu direnç aynı zamanda bir eleman olarak da kullanılabilir. dirençli gerilim bölücü ek çıktılar için.

U-şekilli filtre, L-şeklinde bir bağlantıyla desteklenen bir kondansatör girişine sahip bir filtredir.Ana filtreleme eylemi, iletken diyotlar üzerinden şarj edilen ve L ve R üzerinden deşarj olan kapasitör C1 tarafından gerçekleştirilir... Kapasitif girişe sahip geleneksel bir filtrede olduğu gibi, kapasitörün şarj süresi deşarj süresinden önemli ölçüde daha kısadır .

Jikle L, ek filtreleme sağlayarak kapasitör C2'den akan akımın dalgalanmalarını yumuşatır. C2 kondansatörü üzerindeki voltaj çıkış voltajıdır. Değeri, geleneksel bir kapasitif filtre ile beslemeye göre biraz daha küçük olmasına rağmen, çıkış voltajının dalgalanması önemli ölçüde azalır.

C1 kondansatörünün doğrultucunun iletken diyotları aracılığıyla giriş AC voltajının genlik değerine kadar şarj edildiğini ve ardından R üzerinden boşaltıldığını varsaysak bile, C2 kondansatörünün voltajı C1'inkinden daha az olacaktır, çünkü yük akımının değişmesini engelleyen bobin L, C1 kondansatörünün deşarj devresinde durur ve C2 ve R ile birlikte bir voltaj bölücü oluşturur.

C1 ve C2 kapasitörlerinin şarj akımı, transformatörün sekonder sargısından ve doğrultucunun iletken diyotlarından geçer. Ayrıca, C2 şarj edildiğinde, bu akım bobinden akar L... Kondansatör C1 seri bağlı L ve R üzerinden deşarj olur ve C2 sadece R direnci üzerinden deşarj olur. C1 giriş kondansatörünün deşarj oranı direncin değerine bağlıdır R.

Kondansatörlerin deşarj zaman sabiti, R değeri ile doğru orantılıdır… Eğer yüksekse, kondansatörler az da olsa deşarj olur ve çıkış voltajı yüksektir.R'nin daha düşük değerlerinde, deşarj hızı artar ve çıkış voltajı azalır, çünkü R'nin azalması, kapasitörün deşarj akımının artması anlamına gelir. Bu nedenle, kapasitör deşarj süresi sabiti ne kadar düşükse, çıkış voltajının ortalama değeri o kadar düşük olur.

U şeklindeki C-RC filtresi

Az önce U-biçimli C-RB C-filtresinde tartışılan filtrenin aksine, iki kondansatör arasına bir jikle yerine bir R direnci bağlanır.1 Şekil 1'de gösterildiği gibi. 6.

Ana farklar ve filtre performansı, farklı jikle yanıtı ve AC direnci ile belirlenir. Önceki durumda, L indüktörünün ve C2 kondansatörünün reaktansları, bunlar tarafından oluşturulan voltaj bölücü, çıkış voltajının nispeten daha iyi düzleştirilmesini sağlayacak şekildedir.

İncirde. 6, R1 üzerinden doğrultulmuş akımın hem DC hem de AC akım bileşenleri. DC bileşeninden R1 üzerindeki voltaj düşüşü nedeniyle, çıkış voltajı azalır ve akım ne kadar büyük olursa, bu voltaj düşüşü o kadar büyük olur. Bu nedenle, C-RC filtresi yalnızca düşük yük akımlarında kullanılabilir. Endüktif-kapasitif filtrelerde olduğu gibi, çok seviyeli bir filtre devreleri bağlantısı kullanmak mümkündür.

Pirinç. 6

Her durumda filtre seçmek kolay bir problem değildir, ancak her durumda, güç kaynaklarının doğru çalışmasını büyük ölçüde belirledikleri için amaçlarını ve çalışma ilkelerini anlamanız gerekir.