Выпрямители

Стабилизатор

Выпрямитель

Трансформатор

Фильтр

В качестве фильтра используется обычный линейный LC-фильтр. Зачастую фильтр препятствует возможному радиоизлучению из силовых проводов. Основной задачей фильтра является снижение сетевых помех во входных цепях ИП. Уровень подавления помех в типовом случае составляет от 10 до 40 дБ.

В ИП трансформатор выполняет две основные функции: преобразование переменных напряжений и обеспечение гальванической развязки между питающей сетью и нагрузкой. Дополнительные сведения о трансформаторах содержатся в разделе «Трансформаторы питания» п.2.3.

Выпрямитель предназначен для преобразования переменного тока в постоянный. В рассматриваемом случае выпрямитель состоит из полупроводниковых выпрямительных диодов и фильтра, сглаживающего пульсации выпрямленного напряжения. Зачастую в состав выпрямителя включают и силовой трансформатор. Более подробно выпрямительные схемы будут рассмотрены ниже.

Основной задачей стабилизатора является поддержание постоянного (заданного) значения напряжения или тока на своем выходе. Наиболее часто используются стабилизаторы напряжения. Другой задачей стабилизаторов является дополнительное подавление пульсаций выпрямленного напряжения. Более подробно стабилизаторы напряжения будут рассмотрены далее.

Выпрямители делятся на две группы: управляемые и неуправляемые. Управляемые выпрямители имеют в своем составе регулирующие элементы, которые позволяют изменять выходное напряжение. Обычно в качестве регулирующих элементов используются тиристоры, управляемые специальными импульсными схемами. Неуправляемые выпрямители более просты по конструкции. Их выходное напряжение зависит только от напряжения сети переменного тока, к которой они подключаются. При этом функции регулирования выходного напряжения (в случае, если это необходимо) берет на себя стабилизатор. Рассмотрим две основных схемы выпрямителей, рис. 2.106.

Рис.2.106. Схемы неуправляемых выпрямителей

а. – однополупериодная схема;

б. – временная диаграмма работы однополупериодной схемы;

в. – двухполупериодная мостовая схема;

г. – временная диаграмма работы мостовой выпрямительной схемы.

Благодаря диоду VD₁ в схеме, рис.2.106.а, ток вторичной обмотки протекает через нагрузку только в одном направлении. Очевидно, что при этом выпрямляется только один полупериод напряжения вторичной обмотки (кривая 1, рис.2.106.б). Конденсатор С₁ заряжается практически до амплитудного значения переменного напряжения вторичной обмотки, а затем (в паузах между импульсами выпрямленного напряжения) отдает накопленную энергию в нагрузку. В результате формируется сглаженное выпрямленное напряжение (кривая 2, рис.2.106.б). Величина пульсаций выпрямленного напряжения зависит в большой степени от тока нагрузки и емкости конденсатора фильтра, см. п.2.2.

В схеме, рис.2.106.в, выпрямляются оба полупериода напряжения вторичной обмотки трансформатора (кривая 1, рис.2.106.г). В положительный полупериод напряжения вторичной обмотки ток протекает через открытые диоды VD₃, VD₂, нагрузку и конденсатор фильтра С₁ (сверху вниз по схеме, рис.2.106.в). Диоды VD₁ и VD₄ закрыты. В отрицательный полупериод входного напряжения ток вторичной обмотки протекает через открытые диоды VD₄ и VD₁, нагрузку и конденсатор фильтра С₁ (сверху вниз по схеме, рис.2.106.в). Диоды VD₃ и VD₂ закрыты. Таким образом, ток в двухполупериодном выпрямителе протекает всегда в одном направлении в оба полупериода напряжения вторичной обмотки трансформатора. В результате формируется сглаженное постоянное напряжение, кривая 2, рис.2.106.г).

Наиболее важными показателями выпрямителей являются выходное напряжение и коэффициент его пульсаций. Коэффициент пульсаций выходного напряжения определяется как отношение переменной составляющей выходного напряжения к постоянной его составляющей, рис.2.107.

Рис.2.107. К определению коэффициента пульсаций выходного напряжения.

На рис.2.108 приведены базовые схемы сглаживающих фильтров выпрямителей.

Рис.2.108. Основные схемы сглаживающих фильтров выпрямителей

а. – с емкостным фильтром;

б. – с индуктивным фильтром;

в. – с LC- фильтром.

Конденсатор запасает энергию, когда к нему приложено постоянное напряжение, получаемое после диодного выпрямителя. И отдает энергию во внешнюю цепь в промежутках между импульсами выпрямленного напряжения. Чем меньше величина тока нагрузки, тем меньше коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения. Поэтому схема, рис.2.108.а, обеспечивает минимальные пульсации при малых выходных токах. Если величина тока нагрузки должна быть на уровне единиц и десятков ампер, емкость конденсатора должна быть значительной (десятки тысяч мкФ). Остаточные пульсации подавляются стабилизатором напряжения, подключаемым к выпрямителю.

Индуктивный фильтр, рис.2.108.б, практически бесполезен при малых токах (единицы, десятки мА), так как индуктивность накапливает энергию при протекании через нее тока. Поэтому при малых токах дроссель (индуктивность) не способен накопить достаточно энергии для питания нагрузки в паузах между импульсами выпрямленного напряжения. Однако при больших выходных токах схема (рис. 2.108.б) в плане подавления пульсаций оказывается значительно более эффективной по сравнению со схемой (рис.2.108.а).

Комбинированный фильтр, рис.2.108.в, сочетает в себе достоинства обеих вышерассмотренных схем. Поэтому такая схема обеспечивает низкий уровень пульсаций выходного напряжения как при малых, так и при больших значениях выходного тока.

Дата добавления: 2014-01-07