Лекции 5-6 - Конспекты (1095374), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

При поступлении на вход такого выпрямителя импульсовнапряжения прямоугольной формы с временем установления переднего фронтаtф в установившемся режиме форма тока вентиля VD имеет вид, показанный нарисунке 5.30б. Вентиль VD открывается при равенстве входного напряжения инапряжения нагрузки Uвых (в момент времени t1). Ток вентиля сначала нарастаетлинейно, а затем происходит выброс, обусловленный зарядом конденсаторафильтра Cф, после чего ток диода сравнивается с током нагрузки, а наконденсаторе сохраняется практически постоянное напряжение Uвых.

В моментвремени t3 входное напряжение начинает снижаться, вызывая снижение токавентиля id и когда напряжение на входе и нагрузке сравняются, ток вентилястанет равным нулю. При этом полярность напряжения на диоде изменяется напротивоположную, начинается процесс рассасывания заряда, накопленного в pn-переходе вентиля, ток вентиля изменяет своё направление. По окончаниирассасывания накопленного заряда ток вентиля становится равным нулю.Длительность времени рассасывания накопленного заряда и амплитудаобратного тока вентиля зависят от его инерционных свойств.а)б)Рисунок 5.30 – Схема выпрямителя (а) и формы напряжений и токов в нём (б)62Электропитание РЭАГлава 5Из сказанного выше можно сделать вывод, что для применения ввысокочастотных выпрямителях пригодны только диоды, имеющие малоевремя восстановления (рассасывания заряда).

Если использовать в такихвыпрямителях вентили с большим временем рассасывания заряда, то диодыпотеряют свои вентильные свойства.5.3.6 Умножители напряженияДля уменьшения габаритов и массы ИЭП широко используют схемывыпрямителей с умножением напряжения.Умножители напряжения преобразуют переменное напряжение впостоянное, причем выходное постоянное напряжение значительно превышаетамплитуду входного переменного напряжения. Различают симметричные инесимметричные умножители напряжения.Рассмотрим на рисунке 5.31 схему симметричного удвоителя напряжения(схема Латура).Рисунок 5.31 – Схема симметричного удвоителя напряжения (схема Латура)Диоды включаются в разные полупериоды входного напряжения.

В теполупериоды, когда uвх  0 , включается диод VD1 и заряжается конденсаторС1, в другие полупериоды ( uвх  0 ), включается диод VD2 и заряжаетсяконденсатор С2.Напряжения на конденсаторах при холостом ходе приближаются камплитудному значению Uвx.макс входного напряжения, поэтомуU вых  2U вх. макс63(5.106)Электропитание РЭАГлава 5Схема несимметричного удвоителя напряжения имеет вид, показанный нарисунке 5.32.Рисунок 5.32 – Схема несимметричного удвоителя напряженияВ отрицательные полупериоды входного напряжения ( uвх  0 ) через диодVD1 заряжается конденсатор С1 до амплитудного значения входногонапряжения, а в положительные полупериоды ( uвх  0 ) через диод VD2 поддействием суммы напряжений uвх и uC1, действующих согласно, заряжаетсяконденсатор С2 до удвоенного амплитудного значения входного напряжения.Аналогичным образом строят утроители (рисунок 5.33а), учетверители(рисунок 5.33б) и другие умножители напряжения.а)б)Рисунок 5.33 – Утроитель (а) и учетверитель (б) напряжения64Электропитание РЭАГлава 5В этих схемах напряжение на конденсаторе С1 равно амплитудномузначению входного напряжения, а на всех остальных конденсаторах –удвоенному амплитудному значению входного напряжения.Входное напряжение на такие умножители поступает обычно с вторичнойобмотки трансформатора – и тогда такое устройство называют выпрямителем сумножениемвыпрямителях,напряжения.Обычнопотребляющихихприменяютнебольшойтокввысоковольтных(единицымиллиампер),например для электропитания кинескопов телевизоров.Таким образом, к преимуществам умножителей следует отнести то, чтовторичную обмотку трансформатора можно рассчитывать на значительноменьшее напряжение.

Среди недостатков следует указать: значительные токичерез вентили выпрямителя, уровень пульсаций значительно выше, чем всхемах двухполупериодных выпрямителей.5.3.7 Сглаживающие фильтрыПульсирующее выпрямленное напряжение содержит постоянную ипеременную составляющие. Полезный эффект у потребителей постоянноготокасоздаюттолькопостоянныесоставляющиенапряженияитока.Переменные гармонические составляющие, образующие пульсации, приводят кбесполезной трате мощности и помехам. Например, при электропитанииоконечных каскадов звуковых усилителей мощности переменная составляющаясоздает фон на их выходе, то есть дополнительные колебания низкой частоты.Поэтому в ИЭП широко используют сглаживающие фильтры − устройства,уменьшающие пульсации напряжения.Итак, сглаживающий фильтр – устройство, входящее в состав ИЭП ипредназначенное для снижения уровня пульсаций напряжения или тока,поступающих в ИЭП из внешней цепи, и уровня пульсаций напряжения илитока из ИЭП в сторону внешней цепи.

Иногда источником переменной65Электропитание РЭАГлава 5составляющей может быть ЭДС, наведённая в проводах электропитанияэлектромагнитными полями, создаваемыми другой РЭА.Как правило, фильтр включают между вентильным блоком и нагрузкой.Важнейшим параметром сглаживающего фильтра является коэффициентсглаживания S. По определениюSK П1,KП2(5.107)где KП1 и KП2 – коэффициенты пульсаций на входе и выходе фильтрасоответственно. Отметим, что в выпрямленном напряжении наибольшуюамплитуду имеет первая гармоника.Для ёмкостного фильтра (то есть фильтра, состоящего из одной ёмкости,включаемой параллельно нагрузке), у которого вход и выход фактическисовпадают, под KП1 понимают коэффициент пульсаций до подключенияфильтра, а под KП2 – коэффициент пульсаций после его подключения.Коэффициент сглаживания показывает, во сколько раз фильтр уменьшаетпульсации.

На выходе фильтра напряжение оказывается хорошо сглаженным, акоэффициент пульсаций может иметь значения в диапазоне 0,001-0,00003.Обычно чем больше полезный сигнал в РЭА, тем бо́ льшее значениекоэффициента пульсации можно допустить в питающем напряжении.Поскольку через фильтр проходит весь ток нагрузки, имеет местоуменьшение и постоянной составляющей выпрямленного напряжения. Поэтомуосновным требованием, предъявляемым к сглаживающим фильтрам, являетсяне только максимально возможное уменьшение переменной составляющей, нои минимальноеуменьшениепостоянной составляющейвыпрямленногонапряжения.Кроме указанного основного требования фильтр должен удовлетворятьтакже и ряду других требований:- фильтр не должен заметно искажать формы тока нагрузки;66Электропитание РЭАГлава 5- переходные процессы в фильтре, возникающие при включениивыключении выпрямителя или его нагрузки, не должны вызывать чрезмерногоповышения напряжения или бросков тока;- фильтр должен быть экономичен, то есть иметь небольшую стоимость,малые размеры и массу.Простейшим фильтром является пассивный ёмкостный фильтр (Сфильтр).

Пассивные фильтры не содержат активных элементов (транзисторов иоперационных усилителей). Рассмотрим его работу на примере однофазногооднополупериодноговыпрямителя.Ёмкостныйсглаживающийфильтрподключают параллельно нагрузке (рисунок 5.34) – таким образом, оншунтирует нагрузку для переменной составляющей тока.Рисунок 5.34 – Выпрямитель с ёмкостным сглаживающим фильтромНа интервале времени t1...t2 диод VD1 открыт и конденсатор C заряжается(рисунок 5.35).На интервале времени t2...t3 диод VD1 закрыт, источник входногонапряжения отключен от конденсатора C и нагрузки. Разряд конденсаторахарактеризуется экспонентой с постоянной времени   RН C .Ток через диод протекает только часть полупериода (интервал t1...t2).

Чемкороче интервал t1...t2, тем больше амплитуда тока диода при заданном среднемтоке нагрузки. Если ёмкость С очень велика, то интервал t1...t2 оказываетсяочень малым, а амплитуда тока диода очень большой – и диод может выйти изстроя.67Электропитание РЭАГлава 5Важно, чтобы сопротивление конденсатора для основной гармоникипульсации была много меньше сопротивления нагрузки:RН 1.C(5.108)Рисунок 5.35 – Временны́ е диаграммы работы выпрямителя с ёмкостнымфильтромЁмкостный фильтр широко используют в маломощных выпрямителях; вмощных выпрямителях его используют редко, так как режим работы диода исоответствующих электрических цепей (к примеру, обмоток трансформатора)достаточно тяжёл.В качестве фильтра можно использовать и индуктивность.

Легкодоказать, что индуктивный фильтр (L-фильтр) практически не даёт полезногоэффекта в однофазном однополупериодном выпрямителе. Рассмотрим работуиндуктивного фильтра на примере однофазного мостового выпрямителя.Индуктивный фильтр включают последовательно с нагрузкой (рисунок 5.36).Часто используют катушку индуктивности (реактор) на магнитном сердечникес зазором.68Электропитание РЭАГлава 5Рисунок 5.36 – Однофазный мостовой выпрямитель с L-фильтромПредположим, что постоянная времени τ, определяемая выражениемL, достаточно велика (как это обычно бывает на практике). Тогда токRНнагрузки оказывается практически постоянным (рисунок 5.37).Рисунок 5.37 – Временны́ е диаграммы работы выпрямителя с L-фильтромДля хорошего сглаживания необходимо: L  RН .(5.109)Тогда коэффициент сглаживания определяется как  L 2  RН2K П1S.KП2RН69(5.110)Электропитание РЭАГлава 5С учётом (5.82) можно записатьS L 2 fc mL.RНRН(5.111)Из формулы видно, что один и тот же коэффициент сглаживания можетбыть обеспечен при меньших величинах индуктивности L, если RН мало, то естьвключение индуктивного фильтра выгодно при малых RН (в выпрямителяхсредней и большой мощности).

Ёмкостный фильтр эффективен в цепях сбольшим RН (малыми нагрузочными токами), так как легче добитьсянеравенства (5.109).L-фильтр широко используют в выпрямителях, особенно мощных. Режимработы диодов (и соответствующих электрических цепей) не является тяжёлым.Резюмируя выше сказанное, отметим, что конденсатор (обычно большойёмкости), подключаемый параллельно нагрузке, заряжается при нарастанииимпульсов выпрямленного напряжения, а при убывании – разряжается, и такимобразом пульсации сглаживаются. В дросселе же при нарастании импульсоввыпрямленного напряжения из-за действия ЭДС самоиндукции нарастание токазадерживается, а при убывании – дроссель задерживает уменьшение тока,сглаживая его пульсации на нагрузке. Иными словами, конденсатор и дроссельпредставляют собой по сути резервуары энергии: они запасают энергию, еслиток на нагрузке превышает среднее значение, и возвращают её, когда токстремитсяуменьшиться ниже среднего значения, что и приводит ксглаживанию пульсации.На практике используют также следующие типы фильтров (рисунок5.38): индуктивно-ёмкостной или Г-образный LC-фильтр (а), Г-образный RСфильтр (б), П-образный LС-фильтр (в), П-образный RС-фильтр (г).Обычно Г- и П-образные RC-фильтры применяют только в маломощныхсхемах, так как они потребляют значительную долю энергии.

Характеристики

Список файлов лекций