2. Сглаживающие фильтры

Наличие переменной (пульсирующей) составляющей в выпрямленном напряжении всегда нежелательно. Для уменьшения коэффициента пульсаций применяют сглаживающие фильтры (далее фильтры), которые включают между выпрямителем и активной нагрузкой. В зависимости от на­значения электронной схемы коэффициент пульсаций напряжения пита­ния не должен превышать определенных величин. Например, для усилителей допустим коэффициент пульсаций напряжения питания не выше 10 ^-4 … 10 ^-5, для автогенераторов 10 ^-5 … 10 ^-6.

В основу сглаживающих фильтров (фильтров нижних частот, ФНЧ) заложены реактивные элементы - конденсаторы и дроссели, представляющие соответственно малое и большое сопротивления для переменного тока, и наоборот, большое и малое сопротивления для постоянного тока. При этом конденсаторы включаются в источниках питания параллельно нагрузке R_н, а дроссели - последовательно с ней. Емкостные фильтры используются в слаботочных схемах (в выпрямителях с высокоомной нагрузкой), а индуктивные фильтры – в выпрямителях с низкоомной нагрузкой.

Очень часто в источниках питания применяют четыре основных вида сглаживающих фильтров (рис.1.6): емкостной, индуктивный, Г - образный и П-образный LС - фильтры.

Эффективность действия сглаживающего фильтра оценивают коэффициентом сглаживания, равным отношению коэффициентов пульсаций на его входе и выходе

.

Чем больше коэффициент сглаживания, тем выше качество выпрямленного напряжения (меньше пульсаций) и тем эффективнее работает фильтр.

Кроме рассмотренных выше пассивных сглаживающих фильтров в современных источниках питания широко используются активные фильтры. Активные фильтры строятся с использованием активных элементов, как правило, транзисторов. Простейшие варианты активных фильтров представлены на рис. 1.7, а, б.

Активный фильтр и нагрузка включаются последовательно, так что их сопротивления образуют частотно-зависимый делитель (рис.1.7, в).

Сопротивление фильтра R_Ф имеет малую величину для постоянной составляющей выпрямленного тока, и значительную величину для переменных составляющих (первой и высших гармоник) выпрямленного тока.

Постоянная составляющего тока, протекая по делителю, создает малое падение напряжения на R_Ф, и большое (полезная часть выпрямленного напряжения) – на сопротивлении нагрузки. Напротив, переменные составляющие выпрямленного тока создают большое падение напряжения на сопротивлении фильтра и малое (напряжение пульсаций) – на нагрузке. За счет указанного частотно-зависимого действия обеспечивается значительное уменьшение коэффициента пульсаций напряжения на нагрузке.

Для повышения токовой нагрузки активных фильтров в их структуре применяются двойные или тройные составные транзисторы.

2. Управляемые (регулируемые) выпрямители

В последние годы в источниках вторичного питания применяют управ­ляемые (регулируемые) выпрямители, содержащие управляемые вентили. Такие выпрямители позволяют регулировать в широких пределах выпрямленное напряжение или ток. Управляемые выпрямители относят к мощным пре­образователям электрической энергии, и в них чаще всего используются тринисторы (управляемые тиристоры). На­помним, что управляемый тиристор — полупроводниковый прибор, со­держащий три вывода: катод, анод и управляющий электрод и имеющий два ус­тойчивых электронных состояния включено и выключено. На рис. 1.8, а представлена упрощенная схема однофазного управляемого выпрямителя и временные диаграммы его работы (рис. 1.8, в).

При отсутствии управляющего напряжения с блока управления (БУ) тиристор включается, если напряжение на его аноде превышает напряжение включения U_ВКЛ (рис.1.8,б). На нагрузке (см. эпюр U_ВЫПР(t)) будут действовать импульсы, длительность (следовательно, и постоянная составляющая) которых зависит от моментов включения тиристоров. Путем подачи управляющих импульсов можно управлять моментом включения тиристора, а следовательно, длительностью выходных импульсов тока и значением выпрямленного напряжения на нагрузке. Тиристоры в схеме работают поочередно, для чего БУ поочередно вырабатывает управляющие импульсы (рис.1.8, в).

Величина падения напряжения на открытом и насыщенном тиристоре не превышает единиц вольт, а ток насыщения может достигать сотен и тысяч ампер. Поэтому область использования управляемых выпрямителей – сильноточные источники питания.

Существует большое число схем управляемых выпрямителей, специфика которых отражает назначение блоков вторичного питания.