Багатоланкові згладжують фільтри
Для роздільного і поетапного згладжування пульсацій випрямленої напруги з урахуванням різних вимог, що пред'являються окремими споживачами до якості процесу випрямлення та при необхідності високих значень коефіцієнта згладжування (q> 50), в випрямних пристроях використовуються багатоланкові згладжують фільтри.
У промислових випрямних пристроях широко використовуються Дволанковий згладжують фільтри завдяки таким достоїнств: мала залежність коефіцієнта згладжування від струму навантаження, високі якісні і питомі показники. Подальше збільшення числа ланок приведе до зменшення області стійкої роботи джерела живлення (так як джерело живлення являє собою замкнуту систему автоматичного регулювання, то збільшення числа реактивних елементів в силовому ланцюзі може привести до нестійкості) і зменшення к.к.д. пристрою.
Отримаємо вираз для коефіцієнта згладжування багатоланкового фільтра, тобто доведемо, що при каскадному включенні коефіцієнти згладжування каскадів перемножуються.
Резонансні згладжують фільтри
Резонансні згладжують фільтри використовуються на виході випрямних пристроїв, в яких змінна складова випрямленої напруги близька за рівнем до першої гармоніці. Також вони використовуються для апаратури, яка не чутлива до вищих гармонійним складовим напруги. При великих відхиленнях частоти напруги живлення відбувається "расстройка" щодо власної частоти контуру, що погіршує згладжують властивості фільтра. Тому не допускається використання таких фільтрів при великих відхиленнях частоти напруги живлення. Зміна струму навантаження призводить до зміни індуктивності контуру, що також зменшує значення коефіцієнта згладжування. Для виключення цього явища в дросель вводять зазор або обмотку зворотного зв'язку, що підтримує сталість індуктивності. Останнє призводить до громіздкості фільтра і зменшення його к.к.д. тому рекомендується використовувати такі фільтри при сталості струму навантаження. Для придушення гармонійних складових напруги, крім першої, використовують додаткові реактивні елементи. У порівнянні з іншими пасивними згладжуючими фільтрами цей тип фільтрів менш громіздкий і має більший ККД
Існує дві модифікації резонансних згладжуючих фільтрів:
Ф
У резонансному згладжуючому фільтрі використовується коливальний контур, настроєний на частоту пульсацій. Фільтр (контур) налаштовується на частоту першої гармоніки і створюється більший опір Z до для її проходження. Конденсатор CФ згладжує гармоніки вищих порядків.
Отримаємо вираз для коефіцієнта згладжування фільтра:
Rк - втрати в дроселі коливального контуру.
Основна перевага резонансного фільтра - більш високий коефіцієнт згладжування, ніж у ранній описаних LC-фільтрів. До недоліків відносяться залежність коефіцієнта згладжування від частоти мережі, залежність індуктивності дроселя від струму навантаження і мале значення коефіцієнта згладжування для вищих гармонік випрямленої струму. Для ослаблення напруги вищих гармонік послідовно з основним резонансним контуром включається ряд контурів, налаштованих на їх частоти.
Резонансний фільтр з послідовним коливальним контуром (режекторний фільтр)
Отримаємо вираз для коефіцієнта згладжування фільтра:
При налаштуванні коливального контураZК на частоту першої гармоніки, опір контуру стає равнимпотерям в дросселеRК і перша гармоніка випрямленої напруги не проходить в навантаження.
Ефективність роботи резонансних згладжуючих фільтрів, що характеризується величиною коефіцієнта згладжування пульсацій, залежить від точності збігу частоти пульсацій випрямленої напруги ωп з власною частотою LC-контура - ωо. забезпечення умови ωо = ωп = р ω можливо лише при високій стабільності частоти мережі
З вище сказаного можна зробити декілька висновків. Згладжують LC-фільтри найчастіше застосовуються в випрямлячах великої і середньої потужності. При великої потужності випрямляча величина індуктивності дроселя виходить порівняно малої, тому падіння напруги на дроселі від постійного струму незначно і ККД фільтра досить високий.
До недоліком LC-фільтрів відносяться:
зміна індуктивності дроселя, а значить, і коефіцієнта згладжування при зміні струму навантаження;
значна величина індуктивності дроселя для малопотужних випрямлячів. В цьому випадку габарити і маса дроселя порівнянні з габаритами і масою силового трансформатора;
наявність магнітного поля розсіювання, створюваного дроселем фільтра, яке може бути джерелом перешкод для приймальні і вимірювальної апаратури;
виникнення перехідних процесів в фільтрі, які можуть бути причиною спотворення струму в навантаженні;
недостатнє згладжування низькочастотних пульсацій, що виникають при повільних змінах напруги.
У малопотужних випрямлячах замість LC-фільтрів застосовуються RC-фільтри, але це пов'язано зі зниженням ККД.
Активний згладжує фільтр.
Через вище перерахованих недоліків пасивних згладжуючих фільтрів нашлішірокое поширення при невеликих вихідних потужностях активні фільтри. До їх переваг відносять:
високі якісні та енергетичні показники;
широкий діапазон частот;
мала залежність коефіцієнта згладжування від змін струму навантаження;
малі магнітні поля через відсутність індуктивності в схемі фільтра;
відсутність небезпечних режимів при виникненні перехідного процесу, тому що немає перенапруги при "скиданні" струму навантаження.
До недоліків схеми можна віднести: зниження к.к.д. пристрою при збільшенні струму навантаження через збільшення втрат на транзисторі; необхідність захисту транзистора в перехідних режимах.
В активних фільтрах послідовно або паралельно включається регулюючий транзистор, що виконує роль дроселя або резистора в раннє розглянутих фільтрах. Принцип дії активних фільтрів заснований на властивості транзистора створювати різні опору для змінного і постійного струмів. Характерні два способи побудови фільтров.Первий спосіб полягає в тому, що транзистор включається за схемою з загальним колектором.
Струм колектора IК в схемі фільтра ОК мало залежить від величини прикладеного до переходу колектор-емітер напруги UК при постійному значенні струму бази. На малюнку наведені графіки завісімостіIК = f (UК) пріIб = const.
Якщо провести на графіку навантажувальну пряму (UК = UВХ пріIКО = 0 іIК = UВХ / RН пріUК = 0) і вибрати на ній робочу точку А
Таким чином, згладжування пульсацій в фільтрі ОК забезпечується RC фільтром в базовій ланцюга, а транзистор VT призначений для посилення сигналу по потужності (емітерний повторювач!). Резистор R задає режим роботи транзистора по постійному струму, встановлюючи ток бази.
Другий спосіб побудови активного фільтра полягає в тому, що транзистор включається за схемою із загальною базою:
Фільтри цього типу застосовуються лише в тих випадках, коли струм навантаження залишається постійним. Режим роботи транзистора по постійному струму визначається величиною Rб. а згладжує дію - постійної часу ланцюжка R1 C1. Цей ланцюг стабілізує струм емітера, якщо R1 C1 >> Tn. гдеTn - період пульсації. В цьому режимі транзистор має великий диференціальним опором і малим статичним, що еквівалентно дроселя в LC-фільтрах. У зв'язку з тим, що у даної схеми вихідний опір має велику величину, для його зниження на виході фільтра ставиться конденсатор Сн.
Принцип дії цього фільтра заснований на компенсації змінної складової вхідної напруги за рахунок падіння напруги на резисторі R при протіканні по ньому струму еммітера транзистора.
Для підвищення показників якості активних фільтрів в них застосовуються складові транзистори, багатоланкові RC-ланцюжка в ланцюзі бази, а також токостабілізірующіе двухполюсники.
Коефіцієнт згладжування q схеми розраховується так само, як вRCпассівном фільтрі:
