4. Выбор и обоснование принципиальных схем каскадов ип.
4.1. Выпрямитель.
Существует несколько вариантов схем выпрямления, мы рассмотрим три наиболее распространенные и выберем ту, которая больше подойдет для нашего ТЗ.
Рассмотрим однополупериодную схему, ее плюсы и минусы:
«+» − ее простота, имеет минимальное число элементов, невысокая стоимость, возможность работы без трансформатора, надежность;
«−» − имеет низкую частоту пульсации, высокое значение коэффициента пульсации Кп=1,57, плохое использование трансформатора, подмагничивание сердечника постоянным током, низкий КПД.
Рис.2. Однополупериодная схема выпрямления.
Двухполупериодная однотактная схема:
«−» − усложненная конструкция трансформатора, высокое обратное напряжение;
«+» − повышенная частота пульсации Кп=0,67, минимальное число диодов.
Рис.3. Двухполупериодная однотактная
схема.
Рассмотрим однофазную мостовую схему с ее «плюсами» и «минусами»:
«−» − необходимость в четырех диодах, повышенное падение напряжения в диодном комплексе;
«+» − повышенная частота пульсации Кп=0,67, низкая величина обратного напряжения, хорошее использование трансформатора.
Рис.4. Мостовая схема выпрямителя.
Остановимся на мостовой схеме выпрямителя, так как она обладает наилучшими технико-экономическими показателями и наиболее соответствует нашему техническому заданию: обеспечивает сравнительно низкий коэффициент пульсаций, позволяет обойтись без вывода средней точки на трансформаторе.
4.2. Сглаживающий фильтр.
Напряжение на выходе любого выпрямителя всегда пульсирующее и содержит постоянную и переменную составляющую напряжения. Пульсация напряжения столь значительна, что непосредственное питание нагрузки от выпрямителя возможно лишь там, где приемник энергии не чувствителен к переменной составляющей в кривой выпрямленного напряжения (зарядка аккумуляторов, питание электродвигателей и т.п.). Для питания многих электронных устройств требуется обеспечение коэффициента пульсации в пределах 10-3 − 10-6. Для уменьшения пульсации между выпрямителем и нагрузкой устанавливается сглаживающий фильтр.
Основным параметром сглаживающих фильтров является коэффициент сглаживания.
Коэффициентом сглаживания называют отношение коэффициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на выходе фильтра.
Коэффициент пульсации на входе фильтра задается требованиями приемника энергии к питающему напряжению, а коэффициент пульсации на выходе выпрямителя известен после выбора схемы выпрямления.
Кроме обеспечения необходимого коэффициента сглаживания к фильтрам предъявляется еще ряд требований: минимальные габариты; масса и стоимость; отсутствие заметных искажений, вносимых в работу нагрузки; отсутствие недопустимых перенапряжений и выбросов токов при переходных процессах; высокая надежность.
Аналогично выбору выпрямителя, выбираем из нескольких стандартных фильтров тот, который больше подходит нашему техническому заданию:
- Г - образный LC фильтр (рис.5.а.);
- Г - образный RC фильтр (рис.5.б.);
- П - образный LC фильтр (рис.5.в.);
- П - образный RC фильтр (рис.5.г.).
б)
в)
г)
Рис.5. Сглаживающие фильтры.
а)
П – образные фильтры мы отбросим сразу, так как они применяются для маломощных выпрямителей с большим коэффициентом сглаживания. Из двух оставшихся выберем Г – образный RC фильтр, так как данный тип фильтра по своим параметрам для нашего технического задания подходит больше, чем все остальные.