Структурная схема стабилизированного выпрямителя

Электронная аппаратура питается от сети переменного тока. Однако для работы электронной аппаратуры требуется постоянное напряжение нескольких номиналов. Структурная схема стабилизированного выпрямителя и временные диаграммы приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема и временные диаграммы стабилизированного выпрямителя

Для получения различных номиналов напряжения применяют повышающее или понижающее трансформаторы (2 рисунок 1б). Трансформатор преобразует напряжение сети переменного тока в такое, которое необходимо для получения заданного напряжения на выходе выпрямителя. Кроме того, трансформатор необходим для гальванической развязки нагрузки и питающей сети.

Для преобразования переменного напряжения в постоянное применяются выпрямители (3 рисунок 1б). Наибольшее распространение в маломощных устройствах электропитания электронной аппаратуры получила мостовая схема выпрямителя (рисунок 2), в которой вторичная обмотка трансформатора подключена к одной из диагоналей моста, собранного из четырех диодов, а выпрямленное напряжение снимается с другой диагонали моста.

В течение поло­жи­тель­ного полупериода напряжение сети U_вх1 и напряжение вторичной обмотки трансформатора U_вх2 (полярность обозначена знаками «+», «-») диоды VD1 и VD4 открыты, а диоды VD2 и VD3 закрыты.

Ток i_1-4 через нагрузку протекает в направлении, показанном сплошной стрелкой. В течение отрицательного полупериода напряжение (полярность обозначена знаками «+», «-») диоды VD2 и VD3 открыты, а диоды VD1 и VD4 закрыты. Через нагрузку протекает ток i_2-3, обозначенный штриховой линией, направление которого на нагрузке совпадает с направлением тока i_1-4. Напряжение на нагрузке U_н представляет собой пульсирующее напряжение, достигающее максимального значения два раза за период (3, рисунок 1,б).

Если график (3, рисунок 1,б) разложить в ряд Фурье, (рисунок 3), то выпрямленное пульсирующее напряжение со­держит постоянную состав­ляющую U₀ и гармоники U_12, U_22, U₃₂ и т.д.

Постоянная составляю­щая выпрямленного напряже­ния является полезной и должна поступить в нагрузку без потерь. Гармонические составляющие U_12, U_22, U_3~ ухудшают стабильность U₀, поэтому они не должны поступать в нагрузку. Соотношение между U₀ и гармониками оценивается коэффициентом пульсаций. Коэффициент пульсаций К_п в процентах определяется как соотношение амплитуды первой гармоники U_1~ к постоянной составляющей выпрямленного напряжения U₀.

(1)

Для ослабления пульсаций между выпрямителя и нагрузкой устанавливается сглаживающий фильтр, обычно состоящий из реактивных сопротивлений (индуктивностей и емкостей). Резонансная частота такого фильтра f_р (рисунок 3) должна быть меньше 100 Гц. В выпрямителях малой мощности применяют фильтры состоящие из активного сопротивления и емкости (рисунок 4). В таком фильтре относительно велики падение напряжения и потери энергии на резисторе R_ф, но габариты и стоимость такого фильтра меньше, чем индуктивно-емкостного.

Работу резистивно-емко­стного фильтра необходимо рассматривать совместно с вы­прямителем. Его действие осно­вано на накоплении электриче­ской энергии, в электрическом поле конденсатора при напряже­нии U₀ Коэффициент пульсации на выходе фильтра уменьшается (3, рисунок 1,б, штриховая линия).

Рисунок 4 – Схема фильтраRC  

Дата добавления: 2015-08-05