Filter daya

Berbagai perangkat elektronik memerlukan sumber tegangan untuk menyalakan perangkat DC. Tegangan keluaran penyearah memiliki penampilan yang berdenyut. Di dalamnya Anda dapat memilih komponen tegangan rata-rata atau DC dan komponen variabel yang disebut tegangan riak atau riak tegangan output.

Dengan demikian, riak menentukan penyimpangan nilai sesaat dari tegangan keluaran dari rata-rata dan dapat menjadi positif dan negatif. Tegangan ditandai oleh dua faktor: frekuensi dan amplitudo gelombang. Dalam penyearah, frekuensi riak sama dengan frekuensi tegangan input (dalam penyearah setengah gelombang) ​​atau dua kali lebih tinggi (dalam penyearah gelombang penuh).

Dalam penyearah setengah gelombang, hanya satu setengah gelombang dari tegangan input yang digunakan untuk mendapatkan tegangan output, dan tegangan output dalam bentuk setengah gelombang searah, mengikuti frekuensi tegangan input.

Dalam penyearah gelombang penuh (titik nol dan jembatan), setengah gelombang dari tegangan keluaran dibentuk oleh masing-masing setengah gelombang dari tegangan masukan. Oleh karena itu, frekuensi gelombang di sini dua kali lebih tinggi dari itu frekuensi jaringan… Jika frekuensi arus dalam jaringan adalah 50 Hz, maka frekuensi gelombang pada penyearah setengah gelombang akan sama, dan pada penyearah gelombang penuh adalah 100 Hz.

Amplitudo riak tegangan keluaran penyearah harus diketahui secara berurutan. untuk menentukan efisiensi filter yang dipasang pada keluaran penyearah yang memancarkan komponen tegangan menengah. Amplitudo ini biasanya dicirikan oleh faktor riak (Erms), yang didefinisikan sebagai rasio nilai efektif komponen variabel tegangan keluaran dengan nilai rata-ratanya (Edc):

r = Erm /Edc

Semakin rendah faktor riak, semakin tinggi efisiensi filter. Faktor riak yang dinyatakan sebagai persentase juga sering digunakan dalam praktik:

(Erms /Edc)x100%.

Filter low pass biasanya digunakan dalam catu daya. Filter ini mengalir dari input ke output, dengan hampir tidak ada pelemahan atau pelemahan, sinyal yang frekuensinya di bawah frekuensi cutoff filter, dan semua frekuensi yang lebih tinggi praktis tidak ditransmisikan ke output filter.

Filter dapat dieksekusi resistor, induktor Dan kapasitor… Penggunaan filter pada catu daya bertujuan untuk memperlancar riak tegangan output penyearah dan mengisolasi komponen DC dari tegangan.

Filter yang digunakan dalam perangkat catu daya dibagi menjadi dua jenis utama:

• filter dengan input kapasitif,

• filter masukan induktif.

Kombinasi berbeda dari penyertaan elemen filter digunakan, yang memiliki nama berbeda (filter berbentuk U, filter berbentuk L, dll.). Jenis filter utama ditentukan oleh elemen filter yang dipasang langsung pada keluaran penyearah.

Dalam gambar. 1a dan 1b menunjukkan jenis filter utama. Yang pertama, kapasitor filter dihubungkan ke output penyearah dan mengalihkan beban. Melalui kapasitor filter, bagian utama dari komponen penyearah AC ditutup. Yang kedua, filter choke dihubungkan ke output penyearah, yang membentuk rangkaian seri dengan beban dan mencegah perubahan arus dalam rangkaian seri ini.

Beras. 1

Filter input kapasitif memberikan tingkat tegangan output yang lebih tinggi daripada filter input induktif, dan filter input induktif mengurangi riak tegangan dengan lebih baik. Oleh karena itu, disarankan untuk menggunakan filter input kapasitif saat diperlukan tegangan suplai yang lebih tinggi, dan filter input induktif saat diperlukan kualitas output DC yang lebih baik.

Filter masukan kapasitif

Sebelum mempertimbangkan pengoperasian filter kompleks, perlu dipahami pengoperasian filter kapasitif paling sederhana yang ditunjukkan pada Gambar. 2a. Tegangan keluaran penyearah tanpa filter pada tampilanyo di gbr. 2b, dan dengan adanya filter - dalam gambar. 2c. Dengan tidak adanya kapasitor filter, tegangan di Rl bersifat berdenyut. Nilai rata-rata tegangan ini adalah tegangan keluaran penyearah.

Beras. 2

Di hadapan kapasitor filter, bagian utama dari komponen arus bolak-balik dari arus ditutup melalui kapasitor, melewati beban Rl... Dengan munculnya setengah gelombang pertama dari tegangan keluaran kapasitor filter akan mulai mengisi daya positif ke kasing, tegangan di atasnya akan berubah sesuai dengan tegangan keluaran penyearah dan pada akhir setengah siklus akan mencapai nilai maksimumnya.

Selain itu, tegangan sekunder transformator turun dan kapasitor mulai melepaskan melalui R1, menjaga tegangan dan arus positif dalam beban pada tingkat yang lebih tinggi daripada tanpa filter.

Sebelum kapasitor dapat sepenuhnya melepaskan, setengah gelombang tegangan positif kedua terjadi, sekali lagi mengisi kapasitor ke nilai maksimumnya. Segera setelah tegangan belitan sekunder mulai berkurang, kapasitor akan kembali mulai mengalir ke beban. Di masa mendatang, siklus pengisian dan pengosongan kapasitor bergantian di setiap setengah siklus,

Arus pengisian kapasitor mengalir melalui belitan sekunder transformator dan sepasang dioda penyearah yang sesuai dengan setengah siklus ini, dan arus pelepasan kapasitor ditutup melalui beban Rl... Reaktansi kapasitor pada frekuensi jaringan kecil dibandingkan dengan Rl. Oleh karena itu, komponen variabel arus mengalir terutama melalui kapasitor filter dan secara praktis mengalir melalui Rl D.C..

Filter masukan induktif

Pertimbangkan filter input induktif atau filter LC berbentuk L. Dimasukkannya dalam penyearah dan bentuk gelombang tegangan keluaran ditunjukkan pada Gambar 3.

Beras. 3

Koneksi seri saringan tersedak (L) dengan beban menghambat perubahan arus pada rangkaian. Tegangan output di sini lebih kecil dibandingkan dengan filter input kapasitif karena choke membentuk hubungan seri dengan impedansi yang dibentuk oleh koneksi paralel beban dan kapasitor filter. Koneksi semacam itu mengarah pada perataan yang baik dari gelombang tegangan yang bekerja pada input filter, meningkatkan kualitas tegangan output konstan, meskipun mengurangi nilainya.

Komponen AC dari tegangan keluaran penyearah hampir sepenuhnya diisolasi dari induktansi tersedak, dan komponen tengah adalah tegangan keluaran suplai. Kehadiran choke mengarah pada fakta bahwa durasi kondisi dioda penyearah di sini, tidak seperti penyearah dengan filter kapasitif, sama dengan setengah periode.

Reaktansi choke (L) mengurangi nilai tegangan riak karena mencegah arus choke meningkat ketika tegangan keluaran penyearah lebih besar dari tegangan beban, dan juga mencegah penurunan arus jika tegangan keluaran penyearah lebih kecil dari nilai rata-rata Oleh karena itu, arus dalam beban selama periode operasi praktis konstan, dan tegangan gelombang tidak bergantung pada arus beban.

Filter induktif-kapasitif multi-bagian

Kualitas penyaringan tegangan output dapat ditingkatkan dengan menghubungkan beberapa filter secara seri. Dalam gambar. 4 menunjukkan filter LC dua tahap dan secara kasar menunjukkan bentuk gelombang tegangan pada titik yang berbeda pada filter relatif terhadap titik yang sama.

Beras. 4

Meskipun dua filter LC terhubung seri ditampilkan di sini, jumlah koneksi dapat ditingkatkan. Meningkatkan jumlah koneksi menyebabkan penurunan riak (dan filter dengan banyak koneksi digunakan tepat ketika diperlukan untuk mendapatkan riak minimum pada tegangan keluaran), tetapi ini mengurangi stabilitas stabilisator dengan filter tersebut. Selain itu, peningkatan jumlah sambungan menyebabkan peningkatan resistansi yang dihubungkan secara seri dengan catu daya, yang menyebabkan peningkatan perubahan tegangan keluaran dengan perubahan arus beban.

Filter berbentuk U

Dalam gambar. 5 menunjukkan filter berbentuk U, disebut demikian karena representasi grafisnya menyerupai huruf P. Ini adalah kombinasi dari filter LC kapasitif dan berbentuk L.

Beras. 5

Resistor R, yang terhubung ke keluaran filter, hampir selalu ada di catu daya dan bersifat opsional resistensi beban… Tujuannya ada dua.

Pertama, ini menyediakan jalur pelepasan untuk kapasitor saat tegangan listrik terganggu dan dengan demikian mencegah kemungkinan sengatan listrik ke petugas servis.

Kedua, memberikan beban tambahan pada catu daya bahkan ketika beban eksternal dimatikan dan dengan demikian menstabilkan level tegangan keluaran. Resistor ini juga dapat digunakan sebagai elemen pembagi tegangan resistif untuk output tambahan.

Filter berbentuk U adalah filter dengan input kapasitor yang dilengkapi dengan koneksi berbentuk L.Tindakan penyaringan utama dilakukan oleh kapasitor C1, yang diisi melalui dioda penghantar dan dibuang melalui L dan R... Seperti halnya filter konvensional dengan input kapasitif, waktu pengisian kapasitor jauh lebih singkat daripada waktu pengosongan .

Choke L menghaluskan riak arus yang mengalir melalui kapasitor C2, memberikan penyaringan tambahan. Tegangan kapasitor C2 adalah tegangan output. Meskipun nilainya sedikit lebih kecil daripada saat memberi makan dengan filter kapasitif konvensional, riak tegangan keluaran berkurang secara signifikan.

Bahkan jika kita mengasumsikan bahwa kapasitor C1 diisi melalui dioda penyearah ke nilai amplitudo tegangan input AC dan kemudian dilepaskan melalui R, tegangan kapasitor C2 akan lebih kecil dari tegangan C1, karena choke L, yang mencegah perubahan apa pun dalam arus beban, berdiri di sirkuit pelepasan kapasitor C1 dan membentuk, bersama dengan C2 dan R, pembagi tegangan.

Arus pengisian kapasitor C1 dan C2 melewati belitan sekunder transformator dan dioda penghantar penyearah. Juga, ketika C2 diisi, arus ini mengalir melalui choke L... Kapasitor C1 melepaskan melalui L dan R yang terhubung seri, dan C2 melepaskan hanya melalui resistansi R. Laju pelepasan kapasitor input C1 bergantung pada nilai resistansi R.

Konstanta waktu pengosongan kapasitor berbanding lurus dengan nilai R… Jika tinggi, maka pengosongan kapasitor sedikit dan tegangan keluaran tinggi.Pada nilai R yang lebih rendah, laju luahan meningkat dan tegangan keluaran akan berkurang, karena menurunkan R berarti meningkatkan arus luahan kapasitor. Dengan demikian, semakin rendah konstanta waktu pengosongan kapasitor, semakin rendah nilai rata-rata tegangan keluaran.

Filter C-RC berbentuk U

Berbeda dengan filter yang baru saja dibahas dalam filter-C C-RB berbentuk U, sebuah resistor R dihubungkan antara dua kapasitor alih-alih choke.1 seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6.

Perbedaan utama dan kinerja filter ditentukan oleh respons choke dan resistansi AC yang berbeda. Dalam kasus sebelumnya, reaktansi induktor L dan kapasitor C2 sedemikian rupa sehingga pembagi tegangan yang dibentuk olehnya memberikan perataan tegangan keluaran yang relatif lebih baik.

Dalam gambar. 6, baik komponen arus DC dan AC dari arus yang diperbaiki melalui R1. Karena penurunan tegangan pada R1 dari komponen DC, tegangan keluaran berkurang dan semakin besar arus, semakin besar penurunan tegangan ini. Oleh karena itu, filter C-RC hanya dapat digunakan dengan arus beban rendah. Seperti dalam kasus filter induktif-kapasitif, dimungkinkan untuk menggunakan koneksi multi-level dari sirkuit filter.

Beras. 6

Memilih filter dalam hal apa pun bukanlah masalah yang mudah, tetapi dalam hal apa pun Anda perlu memahami tujuan dan prinsip operasinya karena fakta bahwa filter sangat menentukan pengoperasian catu daya yang benar.