 |
|
Типові структурні схеми пристроїв живлення
1.3.1 Випрямлячі та згладжуючі фільтри
До найпростіших пристроїв живлення відносяться трансформатори і випрямлячі, в яких вихідна напруга змінюється при зміні вхідної напруги або струму навантаження. Структурна схема випрямляча наведена на рис. 1.1.
 |
~Uc Трансформатор Випрямляч Фільтр Uвих
Рисунок 1.1 – Структурна схема випрямляча
Необхідна змінна напруга з вторинної (вихідної) обмотки трансформатора поступає на випрямляч, зібраний частіше за все по мостовій схемі. Фільтр згладжує пульсації випрямленої напруги до необхідного рівня.
Вибір схеми випрямляча залежить від ряду чинників, які повинні враховуватися в залежності від вимог, що пред'являються до випрямляча. До них відносяться: випрямлена напруга і потужність, частота пульсації випрямленої напруги, число діодів,
зворотна напруга на діоді, коефіцієнт використання потужності трансформатора.
Підвищення частоти пульсації дозволяє зменшити розміри згладжуючого фільтра.
Однонапівперіодна схема випрямляча (рис 1.2, а) застосовується при випрямленні струмів до декількох десятків міліампер і в тих випадках, коли не потрібен високий ступінь згладжування випрямленої напруги. Ця схема характеризується низьким коефіцієнтом використання потужності трансформатора. Коефіцієнт пульсації для частоти живильної мережі 50 Гц визначається за наближеною формулою:
, (1.7)
де Rн – опір навантаження, Ом;
С – емність фільтра, мкФ.
Двонапівперіодний випрямляч (рис 1.2, б) застосовують в низьковольтних пристроях. У порівнянні з мостовим випрямлячем він дозволяє зменшувати в двоє число діодів і тим самим зменшити втрати. Коефіцієнт пульсації меньший ніж у однонапівперіодного випрямляча і визначається за наближеною формулою:
. (1.8)
Мостова схема випрямляча (рис 1.2, в) характеризується високим коефіцієнтом використання потужності трансформатора і тому знаходить широке застосування в пристроях підвищеної потужності при вихідних напругах від десятків до сотень вольт. Пульсації такі ж, як і в двонапівперодній схемі.
 | |||
 |
а) б)
 |
в)
а) однонапівперіодна; б) двонапівперіодна; в) мостова
Рисунок 1.2 – Схеми випрямлячів
Для зменшення пульсацій випрямленої напруги використовують згладжуючі фільтри, які включаються на виході випрямляча. Якість фільтра оцінюється коефіцієнтом згладжування
, (1.9)
де КПвх, КПвих – коєфіцієнт пульсації на вході і виході фільтра.
Г-образний індуктивно-ємнісний (LC) фільтр (рис 1.3, а) застосовується в джерелах середньої і великої потужності, оскільки падіння напруги на фільтрі порівняно мале внаслідок чого забезпечується високий ККД.
Недоліками LC фільтрів є:
- порівняно великі розміри і маса;
- дросель фільтра є джерелом завад, що створюються магнітним потоком розсіяння;
- фільтр не усуває імпульсних змін живильної напруги;
- дросель фільтра є причиною суцільних перехідних процесів, що приводять до спотворень в роботі пристроїв (підсилювачів, передавачів).
Добуток LC (Гн*мкФ) визначається виразом:
, (1.10)
де Кз – коефіцієнт згладжування;
Fм – частота живильної мережі, Гц;
m – кількість фаз.
Для однонапівперіодної схеми m=1, для двонапівперіодної і мостової m=2.
Значення L і С повинні вибиратися так, щоб виконувалася умова:
Г-образний реостатно-ємнісний (RC) фільтр (рис 1.3, б) доцільно застосовувати при малих випрямлених струмах (15 - 25 мА) і невеликих коефіцієнтах згладжування. Такий фільтр має малу масу і розміри і мінімальну собівартість.
Недоліками RC-фільтра є низький ККД через значне падіння випрямленої напруги на опорі фільтра.
Добуток RC (Ом*мкФ) визначається виразом:
. (1.11)
Опір R вибирається з умови допустимого падіння випрямленої напруги на фільтрі.
а) б)
а) LC-фільтр; б)RC-фільтр
Рисунок 1.3 – Згладжуючі фільтри
1.3.2 Стабілізатори постійної напруги
Вихідна напруга випрямляча має великі пульсації і залежить від коливань напруги мережі і зміни навантаження. Для отримання напруги, яка незначно залежить від вказаних чинників, застосовують стабілізатори. По методу стабілізації вони поділяються на параметричні і компенсаційні. За способом стабілізації – з безперервним і імпульсним регулюванням.