Разработка выходного каскада импульсного БП

U овх / U ових = I o (R ф + R н) / I o R н = R н / R н = 1  (2.6)

Для більшого згладжування застосовуються багатоланкові фільтри.

Г-подібнийфільтр складається з індуктивності (дроселя) L _ф, включеної послідовно з паралельно з'єднаними опорами навантаження R _н та ємності C _ф. Підвищення згладжування (зменшення пульсацій) відбувається через те, що змінна складова пульсуючого струму двічі проходить через фільтруючі ланцюга.

Якщо коефіцієнт згладжування недостатній, застосовують фільтри, що складаються  з декількох Г-подібних ланок). У цьому випадку результуючий коефіцієнт згладжування дорівнює добутку коефіцієнтів згладжування всіх ланок фільтра:

S = S 1* S 2*S 3.(2.7)

Поряд з Г-подібними фільтрами  широко застосовуються П-подібні. Вони являють собою поєднання ємнісного  і Г-образного фільтра і складаються  з двох конденсаторів і дроселя . Коефіцієнт згладжування П-образного фільтру вище, ніж у Г-образного. Він дорівнює добутку коефіцієнтів згладжування ємнісного фільтра S _c1 і Г-образного S _г .

S = S c1 S р.(2.8)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

 

 

2.3 Випрямлячі

Випрямлячі використовуються в  блоках живлення радіоелектронних пристроїв  для перетворення перемінної напруги  в постійне. Схема будь-якого випрямляча містить 3 основних елементи:

- Силовий трансформатор – пристрій  для чи зниження підвищення  напруги живильної мережі і  гальванічної розв'язки мережі  з апаратурою.

- Випрямний елемент (вентиль), що  має однобічну провідність –  для перетворення перемінної  напруги в пульсуюче.

- Фільтр – для згладжування  пульсуючого напруги.

Випрямлячі можуть бути класифіковані  по ряду ознак:

- за схемою випрямлення –  однополуперіодні, двухполуперіодні, бруківки, з подвоєнням (множенням) напруги, багатофазні й ін.

- По типі випрямного елемента  – лампові(кенотронні), напівпровідникові,  газотроні й ін.

- По величині випрямленої напруги  – низької напруги і високого.

- По призначенню - для харчування  анодних ланцюгів , ланцюгів сіток,  що екранують, ланцюгів керуючих  сіток, колекторних ланцюгів транзисторів, для зарядки акумуляторів і  ін.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

 

 

Основними характеристиками випрямлячів  є:

- Номінальна напруга постійного  струму – середнє значення  випрямленої напруги, задана технічними  вимогами. Звичайно вказується напруга  до фільтра U0 і напруга після  фільтра (чи окремих його ланок – U). Визначається значенням напруги, необхідним для живлення випрямлячем пристроїв.

- Номінальний випрямлений струм  I0 – середнє значення випрямленого  струму, тобто його постійна складова, заданими технічними вимогами. Визначається  результуючим струмом усіх ланцюгів  що живляться випрямлячем.

- Напруга мережі Uсети – напруга мережі перемінного струму, що харчується випрямлячем. Стандартне значення цієї напруги для побутової мережі –220 вольт відхиленнями, що допускаються, не більш 10 %.

- Пульсація – перемінна складова  чи напруги струму на виході  випрямляча. Це якісний показник  випрямляча.

- Частота пульсацій – частота  найбільше різко вираженої гармонійний  складової чи напруги струму  на виході випрямляча . Для самої  простої-однополуперіодної схеми випрямляча частота пульсацій дорівнює частоті живильної мережі . Двухполуперіодні, мостові схеми і схеми подвоєння напруги дають пульсації, частота яких дорівнює подвоєній частоті живильної мережі. Багатофазні схеми випрямлення мають частоту пульсацій, що залежить від схеми випрямляча і числа фаз.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

 

 

- Коефіцієнт пульсацій – відношення  амплітуди найбільше різко вираженої  гармонійний складової чи напруги  токи на виході випрямляча  до середнього значення чи  напруги струму. Розрізняють коефіцієнт  пульсацій на вході фільтра  (p0 % ) і коефіцієнт пульсацій на  виході фільтра (p %). Значення коефіцієнта,  що допускаються, пульсацій на  виході фільтра визначаються  характером навантаження.

- Коефіцієнт фільтрації (коефіцієнт  згладжування) – відношення коефіцієнта  пульсацій на вході фільтра  до коефіцієнта пульсацій на  виході фільтра k з = p0 / p. Для  багатоланкових фільтрів коефіцієнт  фільтрації дорівнює добутку  коефіцієнтів фільтрації окремих  ланок.

- Коливання (нестабільність) напруги  на виході випрямляча -зміна напруги постійного струму щодо номінального. При відсутності стабілізаторів напруги визначаються відхиленнями напруги мережі.

Випрямлячі, застосовувані для  однофазної побутової мережі виконуються  по 4 основним схемам: однополуперіодно , двухполуперіодної з нульовою крапкою(чи просто - двухполуперіодної), двухполуперіодної бруківки(чи просто – бруківки, рідше називається як “схема Греца”), і схема подвоєння(множення) напруги(схема Латура). Для багатофазних промислових мереж застосовуються два різновиди схем : Однополуперіодна багатофазна і схема Ларионова.

Найчастіше використовуються трифазні схеми випрямлячів. Основні показники, що характеризують схеми випрямлячів можуть бути розбиті на 3 групи:

- Стосовно до усього  випрямляча  в цілому: U₀ - напруга постійного струму до фільтра, I₀ – середнє значення випрямляча струму, p₀ – коефіцієнт пульсацій на вході фільтра.

- Визначальні вибір випрямного  елемента (вентиля): Uобр – зворотна напруга (напруга на випрямному елементі(вентилі) у непровідну частину періоду), Iмакс – максимальний струм минаючий через випрямний елемент (вентиль) у провідну частину періоду.

- Визначальні вибір трансформатора: U₂ – діюче значення напруги на вторинній обмотці трансформатора, I₂ – діюче значення струму у вторинній обмотці трансформатора, Pтр – розрахункова потужність трансформатора.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

 

 

Однополуперіодний випрямляч зображений на рисунку (2.2):

Рисунок 2.2 – Однополуперіодний випрямляч

U2 - Напруга на вторинній обмотці  трансформатора

Uн – Напруга на навантаженні.

Uн₀ – Напруга на навантаженні при відсутності конденсатора.

     Як видно на осцилограмах напруга з вторинної обмотки трансформатора проходить через вентиль на навантаження тільки в позитивні напівперіоди перемінної напруги. У негативні напівперіоди вентиль закритий і напруга в навантаження подається тільки з зарядженого в попередній напівперіод конденсатора. При відсутності конденсатора пульсації випрямленого напруги досить значні.

Недоліками такої схеми випрямлення  є: Високий рівень пульсації випрямленого напруги, низький КПД, значно більший, ніж в інших схемах, вага трансформатора і нераціональне використання в  трансформаторі міді і стали. Дана схема випрямляча застосовується вкрай рідко і тільки в тих випадках, коли випрямляч використовується для харчування ланцюгів з низьким струмом споживання.

Двухполуперіодний випрямляч з нульовою крапкою зображений на рисунку (рис. 2.3).

Рисунок 2.3 – Двухполуперіодний випрямляч

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

 

 

U2 - Напруга на одній половині  вторинної обмотки трансформатора

Uн – Напруга на навантаженні.

Uн₀ – Напруга на навантаженні при відсутності конденсатора.

     У цьому випрямлячі використовуються два вентилі, що мають загальне навантаження і дві однакові вторинні обмотки трансформатора(чи одну із середньою крапкою).

     Практично схема являє собою два однополуперіодних випрямляча, що мають два різних джерела і загальне навантаження. В одному напівперіоді перемінної напруги струм у навантаження проходить з однієї половини вторинної обмотки через один вентиль, в іншому напівперіоді - з іншої половини обмотки, через інший вентиль.

Перевага: Ця схема випрямляча має  в 2 рази менше пульсації в порівнянні з однополуперіодної схемою випрямлення. Ємність конденсатора при однаковому з однополуперіодної схемою коефіцієнті пульсацій може бути в 2 рази менше.

Недоліки: Більш складна конструкція  трансформатора і нераціональне  використання в трансформаторі міді і стали.

Мостова схема випрямляча зображена на рисунку (2.4):

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

 

 

Рисунок 2.4 – Мостова схема випрямляча

U2 - Напруга вторинної обмотки  трансформатора

Uн – Напруга на навантаженні.

Uн₀ – Напруга на навантаженні при відсутності конденсатора.

     Основна особливість даної схеми – використання однієї обмотки трансформатора при випрямленні обох напівперіодів перемінної напруги.

     При випрямленні позитивного напівперіоду перемінної напруги струм проходить по наступній ланцюзі: Верхній висновок вторинної обмотки – вентиль V2 – верхній висновок навантаження – навантаження - нижній висновок навантаження - вентиль V3 – нижній висновок вторинної обмотки – обмотка.

     При випрямленні негативного напівперіоду перемінної напруги струм проходить по наступній ланцюзі: Нижній висновок вторинної обмотки – вентиль V4 – верхній висновок навантаження - навантаження – нижній висновок навантаження – вентиль V1 – верхній висновок вторинної обмотки – обмотка.

Як ми бачимо, в обох випадках напрямок струму через навантаження (виділено курсивом) однаково.

Переваги: У порівнянні з однополуперіодної схемою мостова схема має в 2 рази менший рівень пульсацій, більш високий КПД, більш раціональне використання трансформатора і зменшення його розрахункової потужності. Зворотна напруга вентилів може бути значно нижче, ніж у перших двох схемах.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

 

 

Недоліки: Збільшення числа вентилів і необхідність шунтування вентилів для вирівнювання зворотної напруги  на кожнім з них.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

 

 

Ця схема випрямляча найбільше  часто застосовується у всіляких пристроях. На основі цієї схеми, при  наявності середнього висновку з  вторинної обмотки трансформатора можна одержати ще два варіанти схем випрямлення, які зображені на рисунку (2.5):

Рисунок 2.5 – Варіанти схем випрямлення

На лівій схемі відвід від  середини вторинної обмотки дозволяє одержати ще одна напруга, менше основного  в 2 рази. У такий спосіб основна  напруга виходить з мостової схеми  випрямлення, додаткове – із двухполуперіодної.

На правій схемі виходить двуполярное напруга амплітудою в 2 рази менше ніж одержуване в основній схемі. Обоє напруги виходять за допомогою двуполуперіодних схем випрямлення.

Схема подвоєння напруги зображена на рисунку (2.6):

Рисунок 2.6 – Схема подвоєння  напруги

U2 - Напруга вторинної обмотки  трансформатора

Uн – Напруга на навантаженні.

     Відмінною рисою даної схеми є те, що в одному напівперіоді перемінної напруги від вторинної обмотки трансформатора “заряджається” один конденсатор, а в другому напівперіоді від тієї ж обмотки– іншої. Оскільки конденсатори включені послідовно, те результуюче напруга на обох конденсаторах ( на навантаженні) у два рази вище, ніж можна одержати від тієї ж вторинної обмотки в схемі з однополуперіодним випрямлячем.

Переваги: Вторинну обмотку трансформатора можна розраховувати на значно меншу  напругу.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.