Сглаживающие фильтры

Выбор диодов для выпрямителей.

Параметры (по паспорту) диодов в выпрямителях должны удовлетворять следующим условиям:

I _ПР.СР >I _н.ср , U _{ОБР.МАКС} > U _{обр.макс} .

Здесь

I _ПР.СР - средний выпрямленный ток диода по паспорту,

I _н.ср- средний выпрямленный ток нагрузки в выпрямителе,

U _{ОБР.МАКС} – наибольшее допустимое обратное напряжение на диоде,

U _{обр.макс}– наибольшее обратное напряжение на диоде в выпрямителе.

Для уменьшения пульсаций напряжения на нагрузке в выпрямителях используется сглаживающий фильтр. На рис. 2.9 приведены схемы и соответствующие кривые токов и напряжений для ОПВ и ДПВ с ёмкостным фильтром.

Рис.2.9.

Снижение пульсаций напряжения на нагрузке достигается тем, что конденсатор быстро заряжается при открытых диодах и медленно разряжается на сопротивление нагрузки при закрытых диодах. Для этого постоянная времени разряда (τ_разр = С _ф R _ф) должна быть много больше периода выпрямленного напряжения T.

Коэффициент пульсации для ОПВ выпрямителя с С-фильтром

р =1/(2 f _c C _ф R _н)

и для ДПВ –

р =1/(4 f _c C _ф R _н).

На рис.2.10, 2.11 и рис.2.12, 2.14 приведены, соответственно демонстрации demo2_3 и demo2_4 выпрямителей с C-фильтром.

Рис.2.10. Демонстрация для однополупериодного выпрямителя.

Рис.2.11 Осциллограммы из демонстрации на рис.2.10 при включенном C- фильтре.

Рис.2.12 Осциллограммы из демонстрации на рис.2.10 при выключенном C- фильтре.

Рис.2.13. Демонстрация для двухполупериодного выпрямителя.

На рис.2.14 приведены осциллограммы напряжения на нагрузке при включенном фильтре, а на рис.2.15 – при выключенном фильтре.

Рис.2.14 Осциллограммы из демонстрации на рис.2.13 при включенном C- фильтре

Рис.2.15. Осциллограммы из демонстрации на рис.2.13 при выключенном C- фильтре

Из графиков напряжений на нагрузке видны существенное уменьшение колебаний напряжения на нагрузке и увеличение среднего значения выпрямленного напряжения.

Внимание! В схеме однополупериодного выпрямителя с С-фильтром наибольшее обратное напряжение диода удваивается и равно 2 U _{2 m} , т.к. оно складывается из напряжения на вторичной обмотке трансформатора и напряжения на конденсаторе, которое примерно равно U _{2 m} .

Применяются и другие схемы сглаживающих фильтров.

Рис. 2.16. Схемы LC-фильтра (а) и RC-фильтра (б).

Рис.2.17. Схемы П-образных LC-фильтра (а) RC- фильтра (б).

Эти сглаживающие фильтры характеризуются коэффициентом сглаживания, который равен отношению коэффициентов пульсаций выходного и входного напряжений.

Для приближенных расчетов выпрямителей с фильтром используют понятие «идеальный сглаживающий фильтр». Для С- и RC- фильтров это понятие соответствует идеализации С->inf.

Ниже приведены таблицы свойств для выпрямителей с идеальными фильтрами.

Таблица 2.3. Свойства однополупериодного выпрямителя с идеальным фильтром.

Параметр	Обозначение	Значение
Среднее значение выпрямленного напряжения	U н.ср	U 2m = U 2 √2
Среднее значение выпрямленного тока	I н.ср	U 2m / Rн = U 2 √2 / Rн
Среднее значение тока диода	I д.ср	Iн.ср
Амплитуда обратного напряжения на диоде	U обр.макс	2U 2m
Коэффициент пульсации напряжения на нагрузке	p
Частота пульсаций напряжения на нагрузке	f п

Таблица 2.4. Свойства двухполупериодного выпрямителя c идеальным фильтром.

Параметр	Обозначение	Значение
Среднее значение выпрямленного напряжения	U н.ср	U 2m = U 2 √2
Среднее значение выпрямленного тока	I н.ср	Uн.ср / Rн = U 2 √2 / Rн
Среднее значение тока диода	I д.ср	Iн.ср
Амплитуда обратного напряжения на диоде	U обр.макс	U 2m
Коэффициент пульсации напряжения на нагрузке	p
Частота пульсаций напряжения на нагрузке	f п