Filtros de energia

Vários dispositivos eletrônicos requerem fontes de tensão para alimentar os dispositivos DC. Voltagem de saída retificadores tem uma aparência pulsante. Nele você pode selecionar a componente média ou DC da tensão e a componente variável que é chamada de tensão de ondulação ou ondulação da tensão de saída.

Assim, a ondulação determina o desvio do valor instantâneo da tensão de saída da média e pode ser tanto positiva quanto negativa. A tensão é caracterizada por dois fatores: frequência e amplitude das ondas. Nos retificadores, a frequência de ondulação é igual à frequência da tensão de entrada (em um retificador de meia onda) ou duas vezes maior (em um retificador de onda completa).

Em um retificador de meia onda, apenas uma meia onda da tensão de entrada é usada para obter a tensão de saída, e a tensão de saída está na forma de meias ondas unidirecionais, seguindo a frequência da tensão de entrada.

Nos retificadores de onda completa (ponto zero e ponte), as meias ondas da tensão de saída são formadas por cada meia onda da tensão de entrada. Portanto, a frequência da onda aqui é duas vezes maior do que frequência de rede… Se a frequência da corrente na rede for de 50 Hz, a frequência das ondas no retificador de meia onda será a mesma e no retificador de onda completa será de 100 Hz.

A amplitude da ondulação da tensão de saída do retificador deve ser conhecida em ordem. determinar a eficiência dos filtros instalados na saída dos retificadores emissores da componente de média tensão. Essa amplitude é geralmente caracterizada pelo fator de ondulação (Erms), que é definido como a razão entre o valor efetivo da componente variável da tensão de saída e seu valor médio (Edc):

r = Erms/Edc

Quanto menor o fator de ondulação, maior a eficiência do filtro. O fator de ondulação expresso em porcentagem também é frequentemente usado na prática:

(Erms/Edc)x100%.

Os filtros passa-baixa são comumente usados ​​em fontes de alimentação. Esses filtros passam da entrada para a saída, quase sem atenuação ou atenuação, sinais cujas frequências estão abaixo da frequência de corte do filtro, e todas as frequências mais altas praticamente não são transmitidas para a saída do filtro.

Os filtros são executáveis resistores, indutores e capacitores… A utilização de filtros nas fontes de alimentação visa suavizar a ondulação da tensão de saída do retificador e isolar a componente CC da tensão.

Os filtros usados ​​em dispositivos de alimentação são divididos em dois tipos principais:

• filtros com entrada capacitiva,

• filtros de entrada indutivos.

São utilizadas diferentes combinações de inclusão de elementos filtrantes, que possuem nomes diferentes (filtro em forma de U, filtro em forma de L, etc.). O tipo de filtro principal é determinado pelo elemento filtrante instalado diretamente na saída do retificador.

Na fig. 1a e 1b mostram os principais tipos de filtros. Na primeira delas, o capacitor do filtro é conectado à saída do retificador e desvia a carga. Através do capacitor do filtro, a parte principal do componente AC do retificador é fechada. Na segunda, uma bobina de filtro é conectada à saída do retificador, que forma um circuito série com a carga e impede qualquer alteração na corrente neste circuito série.

Arroz. 1

Um filtro de entrada capacitivo fornece um nível de tensão de saída mais alto do que um filtro de entrada indutivo, e um filtro de entrada indutivo reduz melhor a ondulação de tensão. Assim, é aconselhável usar um filtro de entrada capacitivo quando for necessária uma tensão de alimentação maior e um filtro de entrada indutivo quando for necessária uma melhor qualidade de saída CC.

Filtro de entrada capacitivo

Antes de considerar a operação de filtros complexos, é necessário entender a operação do filtro capacitivo mais simples mostrado na Fig. 2a. Tensão de saída do retificador sem filtro no display da fig. 2b, e na presença de um filtro - na fig. 2c. Na ausência de um capacitor de filtro, a tensão em Rl tem um caráter pulsante. O valor médio desta tensão é a tensão de saída do retificador.

Arroz. 2

Na presença de um capacitor de filtro, a parte principal do componente de corrente alternada da corrente é fechada através do capacitor, contornando a carga Rl... Com o aparecimento da primeira meia onda da tensão de saída o capacitor do filtro começará a carregar positivo para o caso, a tensão nele mudará de acordo com a tensão de saída do retificador e ao final da metade do semiciclo atingirá seu valor máximo.

Além disso, a tensão no secundário do transformador cai e o capacitor começa a descarregar através de R1, mantendo a tensão e a corrente positivas na carga em um nível superior ao que seria sem o filtro.

Antes que o capacitor possa descarregar completamente, ocorre uma segunda meia onda de tensão positiva, novamente carregando o capacitor ao seu valor máximo. Assim que a tensão do enrolamento secundário começar a diminuir, o capacitor começará a descarregar novamente para a carga. No futuro, os ciclos de carga e descarga do capacitor se alternam em cada meio ciclo,

A corrente de carga do capacitor flui através do enrolamento secundário do transformador e do par de diodos retificadores correspondentes a este meio ciclo, e a corrente de descarga do capacitor é fechada através da carga Rl... A reatância do capacitor no a frequência da rede é pequena em comparação com Rl. Portanto, o componente variável da corrente flui principalmente através do capacitor do filtro e praticamente flui através de Rl DC.

Filtro de entrada indutivo

Considere um filtro de entrada indutivo ou um filtro LC em forma de L. Sua inclusão no retificador e a forma de onda da tensão de saída são mostradas na Figura 3.

Arroz. 3

conexão serial filtro de estrangulamento (L) com carga inibe mudanças de corrente no circuito. A tensão de saída aqui é menor do que com um filtro de entrada capacitivo porque a bobina forma uma conexão em série com uma impedância formada pela conexão paralela da carga e do capacitor do filtro. Tal conexão leva a uma boa suavização da onda de tensão atuando na entrada do filtro, melhorando a qualidade da tensão de saída constante, embora reduza seu valor.

A componente CA da tensão de saída do retificador é quase completamente isolada da indutância do indutor, e a componente do meio é a tensão de saída da fonte. A presença de um estrangulamento leva ao fato de que a duração do estado de condução dos diodos retificadores aqui, ao contrário do retificador com filtro capacitivo, é igual a metade do período.

A reatância de bobina (L) reduz o valor da tensão de ondulação, pois evita que a corrente de bobina aumente quando a tensão de saída do retificador for maior que a tensão de carga e também evita que a corrente diminua se a tensão de saída do retificador for menor do que o valor médio, portanto, a corrente na carga durante o período de operação é praticamente constante, e a tensão das ondas independe da corrente de carga.

Filtro indutivo-capacitivo multiseção

A qualidade da filtragem da tensão de saída pode ser melhorada conectando vários filtros em série. Na fig. 4 mostra um filtro LC de dois estágios e mostra aproximadamente as formas de onda de tensão em diferentes pontos do filtro em relação a um ponto comum.

Arroz. 4

Embora dois filtros LC conectados em série sejam mostrados aqui, o número de conexões pode ser aumentado. Aumentar o número de conexões leva a uma diminuição da ondulação (e filtros com muitas conexões são usados ​​justamente quando é necessário obter uma ondulação mínima na tensão de saída), mas isso reduz a estabilidade dos estabilizadores com esses filtros. Além disso, um aumento no número de conexões leva a um aumento na resistência conectada em série com a fonte de alimentação, o que leva a um aumento nas mudanças na tensão de saída com a mudança na corrente de carga.

filtro em forma de U

Na fig. 5 mostra um filtro em forma de U, assim chamado porque sua representação gráfica se assemelha à letra P. É uma combinação de filtros LC capacitivos e em forma de L.

Arroz. 5

Um resistor R, que é conectado na saída do filtro, está quase sempre presente nas fontes de alimentação e é opcional resistência de carga(…) Seu propósito é duplo.

Primeiro, ele fornece um caminho de descarga para os capacitores quando a tensão da rede elétrica é interrompida e, assim, evita a possibilidade de choque elétrico para o pessoal de manutenção.

Em segundo lugar, fornece uma carga adicional na fonte de alimentação mesmo quando a carga externa é desligada e, assim, estabiliza o nível de tensão de saída. Este resistor também pode ser usado como um elemento divisor de tensão resistivo para saídas adicionais.

O filtro em forma de U é um filtro com uma entrada de capacitor complementada por uma conexão em forma de L.A principal ação de filtragem é realizada pelo capacitor C1, que é carregado pelos diodos condutores e descarregado por L e R... Como em um filtro convencional com entrada capacitiva, o tempo de carga do capacitor é significativamente menor que o tempo de descarga .

Choke L suaviza as ondulações da corrente que flui através do capacitor C2, fornecendo filtragem adicional. A tensão no capacitor C2 é a tensão de saída. Embora seu valor seja um pouco menor do que ao alimentar com um filtro capacitivo convencional, a ondulação da tensão de saída é significativamente reduzida.

Mesmo se assumirmos que o capacitor C1 é carregado pelos diodos condutores do retificador até o valor da amplitude da tensão CA de entrada e depois descarregado por R, a tensão do capacitor C2 será menor que a de C1, porque o A bobina L, que impede qualquer alteração na corrente de carga, fica no circuito de descarga do capacitor C1 e forma, junto com C2 e R, um divisor de tensão.

A corrente de carga dos capacitores C1 e C2 passa pelo enrolamento secundário do transformador e pelos diodos condutores do retificador. Além disso, quando C2 está carregado, esta corrente flui através do indutor L... O capacitor C1 descarrega através de L e R conectados em série, e C2 descarrega apenas através da resistência R. A taxa de descarga do capacitor de entrada C1 depende do valor da resistência R.

A constante de tempo de descarga dos capacitores é diretamente proporcional ao valor R… Se for alto, então os capacitores descarregam um pouco e a tensão de saída é alta.Em valores menores de R, a taxa de descarga aumenta e a tensão de saída diminuirá, pois diminuir R significa aumentar a corrente de descarga do capacitor. Assim, quanto menor a constante de tempo de descarga do capacitor, menor o valor médio da tensão de saída.

Filtro C-RC em forma de U

Ao contrário do filtro que acabamos de discutir no filtro C-RB C em forma de U, um resistor R é conectado entre os dois capacitores em vez de um indutor.1 conforme mostrado na Fig. 6.

As principais diferenças e o desempenho do filtro são determinados pelas diferentes respostas de estrangulamento e resistência CA. No caso anterior, as reatâncias do indutor L e do capacitor C2 são tais que o divisor de tensão formado por eles proporciona um alisamento relativamente melhor da tensão de saída.

Na fig. 6, ambos os componentes de corrente DC e AC da corrente retificada através de R1. Devido à queda de tensão em R1 do componente DC, a tensão de saída diminui e quanto maior a corrente, maior essa queda de tensão. Portanto, o filtro C-RC só pode ser usado com correntes de carga baixas. Como no caso de filtros indutivos-capacitivos, é possível usar uma conexão multinível de circuitos de filtro.

Arroz. 6

Escolher filtros em qualquer caso não é um problema fácil, mas em qualquer caso você precisa entender sua finalidade e princípios de operação devido ao fato de que eles determinam em grande parte o correto funcionamento das fontes de alimentação.