Сглаживающие и помехоподавляющие фильтры

Сглаживающие фильтры предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения, а также для подавления импульсных искажений выходного напряжения из-за резких изменений тока нагрузки. Поэтому выходным элементом фильтра всегда является конденсатор, подключенный параллельно нагрузке.

Сглаживающие фильтры характеризуются коэффициентом сглаживания k _сгл, равным отношению амплитуды первой гармоники пульсаций на входе фильтра к амплитуде первой гармоники пульсаций на выходе фильтра.

Простейший емкостной фильтр, показанный на рис. 7.5, а, вызывает появление импульсного тока диодов, мгновенное значение которого много больше среднего. Для снижения амплитудных значений тока в маломощных выпрямителях (при токах не более нескольких десятков мА) могут применяться RC -фильтры, которые выполняют однозвенными (рис. 7.11, а) или двухзвенными (рис. 7.11, б). Их применение ограничено потерями мощности и снижением выпрямленного напряжения. RC -фильтры применяют также для питания отдельных узлов, особо чувствительных к помехам.

Коэффициент сглаживания однозвенного фильтра определяется как величина, обратная коэффициенту передачи делителя для первой гармоники пульсаций с частотой ω = mf _c. Анализ схемы рис. 7.11, а дает:

Очевидно, что для хорошего сглаживания необходимо выполнение условия 2π mf _c C _ф R _ф >> 1, а для уменьшения потерь напряжения должно быть R _ф << R _н. Тогда можно принять, что k _сгл ≈ 2π mf _c C _ф R _ф.

Для больших мощностей и при высоких требованиях к подавлению пульсаций применяются LC -фильтры (рис. 7.11, в, г). Пример применения такого фильтра в однополупериодном выпрямителе уже рассмотрен выше (см. рис. 7.6). Для двухполупериодных и трехфазных выпрямительных схем нулевой вентиль не требуется.

Коэффициент сглаживания однозвенного LC -фильтра

Емкостное сопротивление конденсатора С _ф на частоте пульсаций должно быть значительно меньше сопротивления нагрузки. Кроме того, следует избегать резонансных явлений, для чего необходимо выполнить условие L _ф > 4 R ² C _ф.

Двухзвенные фильтры целесообразно применять при жестких требованиях к подавлению пульсаций. Их коэффициент сглаживания в первом приближении равен произведению коэффициентов сглаживания каждого звена.

Помехоподавляющие фильтры устанавливают в цепи между источником первичного электропитания и самим ИВЭП. Назначение помехоподавляющего фильтра – уменьшение уровня электромагнитных помех, созданных ИВЭП и проникающих в цепь источника первичного электропитания.

В зависимости от среды распространения электромагнитных помех их принято разделять на индуктивные и кондуктивные. Индуктивными называют электромагнитные помехи, распространяющиеся в виде электромагнитных полей в непроводящих средах. Защита от них достигается путем рационального конструирования ИВЭП и электромагнитного экранирования. Кондуктивные помехи распространяются по токонесущим проводникам и земле. Использование помехоподавляющих фильтров является одной из мер, направленных на уменьшение уровня кондуктивных помех.

В зависимости от путей распространения различают два вида кондуктивных помех: симметричные (дифференциальные) и несимметричные (синфазные).

Симметричная помеха возникает, когда напряжение помехи приложено между проводами питания, т. е. это помеха, распространяющаяся аналогично протеканию переменного тока в сети. В цепях постоянного тока напряжение симметричной помехи приложено между положительным и отрицательным проводниками.

Несимметричная помеха — это помеха, действующая между проводниками и корпусом или шиной заземления через паразитные связи (в первую очередь емкости) между этими объектами. Величина токов несимметричных помех зависит как от амплитуды сигналов помех, так и от полного сопротивления паразитных связей с шиной заземления.

На рис. 7.12 показаны пути распространения кондуктивных помех в системе "сеть электропитания – импульсные источники питания – нагрузка". Сплошными линиями показаны пути распространения несимметричных помех, пунктирными – симметричных помех.

Помехоподавляющие фильтры должны пропускать токи низкой промышленной частоты и не пропускать высокочастотные токи электромагнитных помех. Поэтому их можно реализовать на основе любых пассивных схем ФНЧ. Эффективность помехоподавляющих фильтров обычно оценивают вносимым затуханием для сигнала помех, выраженных в децибелах.

На рис. 7.13 приведена одна из возможных схем помехоподавляющего фильтра. Обмотки двухобмоточного дросселя L1 включены согласно для подавления несимметричных помех, обмотки дросселя L2 – встречно для подавления симметричных помех. Для применения в фильтрах разработаны специальные помехоподавляющие конденсаторы, имеющие малую собственную индуктивность. В качестве С4 удобно использовать конденсатор с четырьмя выводами (типа К73-21, К75-37).