Сглаживающие фильтры.

Сглаживающие фильтры предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения на нагрузке до значений, при которых не сказывается их отрицательное влияние на работу электронной аппаратуры. Они должны пропускать постоянную составляющую выпрямленного напряжения и заметно ослаблять его гармонические составляющие.

Действие фильтра по уменьшению пульсации напряжения (тока) на нагрузке характеризуется коэффициентом сглаживания kc, представляющим собой отношение коэффициента пульсации на выходе выпрямителя qn1 (до фильтра) к коэффициенту пульсации на нагрузке qn2 (после фильтра),

т. е. kc = qn1 / qn2 .

Ёмкостный фильтр (рис. а) включают параллельно нагрузке Rн, что исключает прохождение через нагрузку высокочастотных гармонических составляющих тока.

Временные диаграммы выпрямленного напряжения Uв двухполупериодного выпрямителя, напряжения на нагрузке Uн и тока вентилей id = iC + iн, поясняющие принципы действия C_фильтра, изображены на рис.

В интервале времени от t1 до t2 конденсатор заряжается (ток iС.з) до амплитудного значения напряжения Uв.max, так как в этот период выпрямленное напряжение бóльше напряжения на конденсаторе,

т. е. Uв > UС.

В интервале времени от t3 до t4, когда напряжение Uв < Uc, вентили будут закрыты, конденсатор станет разряжаться на нагрузочный резистор Rн, заполняя разрядным током iС.р паузу в токе нагрузки iн, форма которого повторяет форму напряжения uн. В этот интервал времени напряжение на нагрузке Uн = Uc снижается до некоторого значения, соответствующего моменту времени t4, при котором выпрямленное напряжение uв становится равным напряжению на конденсаторе Uc. После этого вентили вновь открываются, конденсатор С начинает заряжаться, и процессы зарядки и разрядки конденсатора повторяются.

При частоте основной гармоники выпрямительного напряжения Uв сопротивление конденсатора С_фильтра должно быть значительно меньше сопротивления нагрузки, т. е. Xс = 1/ nωC << R _ , где n — номер основной гармоники напряжения Uв;

Коэффициент сглаживания kc = R н/ Xс = nωCR_ .

Из выражения коэффициента сглаживания kс видно, что С_фильтр целесообразно использовать при относительно высокоомной нагрузке Rн.

Требуемая ёмкость конденсатора при заданном kc:

Одноэлементный L_фильтр включают последовательно с нагрузкой Rн.

При нарастании выпрямленного напряжения и тока нагрузки iн магнитная энергия запасается в индуктивном элементе L (дросселе). При снижении напряжения Uв ток в нагрузке поддерживается за счет накопленной энергии в дросселе.

При частоте основной гармоники выпрямленного напряжения сопротивление

дросселя L фильтра должно быть значительно больше сопротивления нагрузки Rн, т. е. XL = nωL >> R.

Коэффициент сглаживания L фильтра

kc = XL/ R

Из этого выражения следует, что в мощных выпрямителях (когда сопротивление Rн мало) L фильтр действует наиболее эффективно. Требуемая индуктивность дросселя при заданном kc:

L ≥ kcR/(nω).

L-фильтры обычно используются в мощных выпрямителях или на выходе высокочастотных систем. Они не имеют главного недостатка С-фильтров: экстратоков заряда конденсаторов при пуске. Более эффективными являются Г- и П- образные LC и RC – фильтры.