Как рассчитать емкость источника питания
Обновлено: 04.07.2024
В небольшой информативной статье рассказывается о том, что может быть пульсирующим током в цепях питания, его источнике и способе, которым его обычно уменьшают или устраняют с помощью сглаживающего конденсатора.
Что такое пульсации в цепях электропитания?
В большинстве источников питания переменного тока в постоянный генерация постоянного тока достигается путем выпрямления входного переменного тока и очистки с помощью сглаживающего конденсатора.
Несмотря на то, что ток сводит переменный ток практически к абсолютному постоянному, незначительное содержание неблагоприятного дополнительного переменного тока постоянно остается в составе постоянного, и это нежелательное вмешательство в постоянный ток известно как пульсирующий ток или пульсирующее напряжение.
Это сохраняющееся нежелательное содержание переменного тока в постоянном токе в основном вызвано недостаточной фильтрацией или подавлением выпрямленного постоянного тока или часто в результате других запутанных явлений, например, сигналов обратной связи от индуктивных или емкостных нагрузок, связанных с источником питания или кроме того, возможно, от удаленных устройств с высокочастотным сигналом.
Обсужденный выше коэффициент повторяющихся пульсаций (γ) теоретически понимается как отношение среднеквадратичной (RMS) величины основного пульсирующего напряжения к неквалифицированной величине, подаваемой в линию постоянного тока на выходе источника питания, которая равна иногда обозначается %.
Конечно, существует и другой вариант определения коэффициента пульсаций, который осуществляется с помощью оценки размаха напряжения. И этот метод, казалось бы, невероятно проще отображать и определять с помощью осциллографа, который позволяет вам гораздо удобнее проверяться с помощью предложенной формулы.
Прежде чем мы оценим формулу для оценки величины пульсаций в постоянном токе, может быть, сначала стоит узнать о методе преобразования переменного тока в постоянный ток с помощью выпрямительных диодов и конденсаторов.
Обычно мостовой выпрямитель, включающий 4 диода, предназначен для преобразования переменного тока в двухполупериодный постоянный ток.
Несмотря на это, даже после выпрямления сопутствующий постоянный ток может иметь большие объемные пульсации из-за большого размаха напряжения (глубокая впадина), но каким-то образом стабильный в постоянном токе. Причина в том, что функция выпрямителя ограничена только преобразованием отрицательных циклов переменного тока в положительные циклы, как показано ниже.
Непрекращающиеся глубокие провалы между каждым выпрямленным полупериодом открывают самые высокие пульсации, которые обычно устраняются в первую очередь путем установки фильтрующего конденсатора на выходе мостового выпрямителя.
Это существенное размах напряжения между впадинами вместе с циклами пиков сглаживается или компенсируется с помощью фильтрующих конденсаторов или сглаживающих конденсаторов на выходе мостового выпрямителя.
Этот сглаживающий конденсатор также называется накопительным конденсатором, главным образом потому, что его функции аналогичны накопительному баку, и он удерживает энергию в течение пиковых циклов выпрямленного напряжения.
Конденсатор фильтра сохраняет пиковое напряжение и ток на протяжении выпрямленных пиковых периодов, при этом нагрузка также приобретает пиковую мощность в течение этих периодов, но на время спада этих периодов или при впадины, конденсатор мгновенно отбрасывает накопленную энергию в нагрузку, обеспечивая компенсацию нагрузки, и нагрузка находится в состоянии для достижения умеренно стабильного постоянного тока с дисконтированными пульсациями от пика до пика, в отличие от начальных пульсаций без конденсатор.
Эта последовательность продолжается, когда конденсатор заряжается и разряжается, вступая в действие, чтобы уменьшить колебания основного компонента пульсаций от пика к пику для соответствующей нагрузки.
Вышеупомянутая эффективность сглаживания конденсатора существенно зависит от тока нагрузки, так как при его увеличении сглаживающая способность конденсатора соответственно снижается, что обычно является причиной того, что большие нагрузки требуют более значительных сглаживающих конденсаторов в силовом оборудовании.
Приведенный выше разговор ясно показывает, что такое пульсации в источнике питания постоянного тока и как они обычно уменьшаются путем интеграции сглаживающего конденсатора после мостового выпрямителя.
В следующем разделе мы собираемся узнать, как определить пульсирующий ток или просто размах постоянного тока с помощью подключения сглаживающего конденсатора.
Проще говоря, мы собираемся выяснить, как определить подходящую или идеальную емкость конденсатора, гарантирующую минимизацию пульсаций в источнике питания постоянного тока.
Вышеупомянутый раздел точно сформулировал, как содержание постоянного тока после выпрямления может передавать максимально возможное количество пульсаций напряжения, и способ, которым его можно заметно ограничить с помощью сглаживающего конденсатора, даже если предельное содержание пульсаций, которое часто представляет собой разницу между максимальным значением и наименьшим значением сглаженного постоянного тока, ни при каких обстоятельствах не удается полностью стереть и, несомненно, зависит от тока нагрузки, другими словами, если нагрузка достаточно большая, конденсатор имеет тенденцию терять свою мощность. возможность компенсировать или оптимизировать коэффициент пульсации.
В следующих абзацах мы попытаемся определить формулу для расчета конденсатора фильтра в цепях питания, чтобы гарантировать наименьшие пульсации на выходе (определяемые прилагаемой спецификацией тока нагрузки).
C = I / 2 x f x Vpp
где I = ток нагрузки
f = входная частота переменного тока
Vpp = минимальная пульсация (размах напряжения после сглаживания), которая может быть допустима или приемлема для конечного пользователя, поскольку по существу ни в коем случае невозможно отобразить этот нуль, поскольку это может вызвать за невыполнимое, нежизнеспособное гигантское значение конденсатора, которое, скорее всего, никто не сможет применить.
Давайте постараемся понять связь между током нагрузки, пульсациями и оптимальным значением конденсатора из следующего исследования.
В приведенной формуле видно, что пульсации и емкость обратно пропорциональны, а это означает, что когда пульсации должны оставаться наименьшими, емкость конденсатора должна увеличиваться, и наоборот.
Представьте, что мы принимаем значение Vpp, которое может быть, предположим, 1 В, которое должно содержаться в окончательном содержимом постоянного тока после сглаживания, в этом случае значение конденсатора может быть определено, как показано ниже:
C = I / (2 x f x Vpp) (при частоте f = 50 Гц и токе нагрузки 2 ампера)
= 2 / (2 x 50 x 1) = 2 / 100
= 0,02 фарад или 20 000 мкФ (1 фарад = 1 000 000 мкФ)
Соответственно, приведенная выше формула показывает, как можно оценить требуемый конденсатор фильтра с учетом тока нагрузки и наименьшего допустимого пульсирующего тока в элементе постоянного тока.
Говоря о рассмотренном выше случае, можно попытаться заменить ток нагрузки и/или допустимый ток пульсаций и успешно определить значение конденсатора фильтра, чтобы не отставать от идеального или ожидаемого сглаживания выпрямленный постоянный ток в конкретной цепи питания.
< бр />
В предыдущей статье мы узнали о коэффициенте пульсаций в цепях питания, здесь мы продолжим и оценим формулу для расчета тока пульсаций и, следовательно, номинал конденсатора фильтра для устранения пульсаций на выходе постоянного тока.
В предыдущем сообщении объяснялось, как содержимое постоянного тока после выпрямления может нести максимально возможное количество пульсаций напряжения и как его можно значительно уменьшить с помощью сглаживающего конденсатора.
Хотя окончательное содержание пульсаций, представляющее собой разницу между пиковым значением и минимальным значением сглаженного постоянного тока, кажется, никогда не устраняется полностью и напрямую зависит от тока нагрузки.
Другими словами, если нагрузка относительно выше, конденсатор начинает терять способность компенсировать или корректировать коэффициент пульсаций.
Стандартная формула для расчета конденсатора фильтра
В следующем разделе мы попытаемся оценить формулу расчета конденсатора фильтра в цепях питания для обеспечения минимальных пульсаций на выходе (в зависимости от спецификации подключенного тока нагрузки).
C = I / (2 x f x Vpp)
где I = ток нагрузки
f = входная частота переменного тока
Vpp = минимальная пульсация (размах напряжения после сглаживания), которая может быть допустимой или приемлемой для пользователя, потому что практически невозможно сделать это нулем, так как это потребовало бы неработающего, нежизнеспособного чудовищного значения емкости конденсатора. , вероятно, никому не под силу реализовать.
Давайте попробуем понять взаимосвязь между током нагрузки, пульсациями и оптимальным значением конденсатора из следующей оценки.
Связь между током нагрузки, пульсацией и емкостью конденсатора
В приведенной формуле мы видим, что пульсации и емкость обратно пропорциональны, то есть, если пульсации должны быть минимальными, емкость конденсатора должна увеличиваться, и наоборот.
Предположим, что мы договорились о значении Vpp, скажем, 1 В, которое будет присутствовать в конечном содержании постоянного тока после сглаживания, тогда значение конденсатора можно рассчитать, как показано ниже:
Пример:
C = I / 2 x f x Vpp (при частоте f = 100 Гц и требуемом токе нагрузки 2 ампера))
В идеале Vpp всегда должен быть равен единице, потому что ожидание более низких значений может потребовать огромных неосуществимых значений конденсаторов, поэтому "1" Vpp можно принять в качестве разумного значения.
Решая приведенную выше формулу, мы получаем:
C = I / (2 x f x Vpp)
= 2 / (2 x 100 x 1) = 2 / 200
= 0,01 фарад или 10 000 мкФ (1 фарад = 1 000 000 мкФ)
Таким образом, приведенная выше формула ясно показывает, как можно рассчитать требуемый конденсатор фильтра с учетом тока нагрузки и минимально допустимого пульсирующего тока в компоненте постоянного тока.
Ссылаясь на приведенный выше решенный пример, можно попробовать изменить ток нагрузки и/или допустимый ток пульсаций и легко оценить значение конденсатора фильтра соответственно для обеспечения оптимального или предполагаемого сглаживания выпрямленного постоянного тока при заданной мощности. цепь питания.
Вам также понравятся:
- 1. IC 4060 Объяснение выводов
- 2. Спецификация светодиода Cree XLamp XM-L
- 3. Спецификация IC 4040, распиновка, применение
- 4. Half-Bridge IC Driver Mosfet IC IRS2153(1)D Лист данных
- 5. Схемы компараторов с использованием IC 741, IC 311, IC 339
- 6. Распиновка полевого МОП-транзистора IRF540N, техническое описание, описание применения
О свагатаме
Подписаться
Взаимодействие с читателем
Комментарии
Хороший пост, сэр, действительно полезная информация.
спасибо, Виджей, я рад, что вам понравилось...
хороший пост, сэр. действительно полезно….. спасибо, сэр
С удовольствием, Аламгир
Сэр, я видел больше инверторных схем на вашем сайте. Можете ли вы предложить схему, которая должна давать точную синусоиду, как и то же сетевое питание.
Виджай, попытка воспроизвести аналоговую синусоиду может сделать инвертор неэффективным, поэтому все инверторы полагаются на ШИМ, который очень подходит для цифровых инверторов и способен обеспечить максимальную эффективность… а также форму сигнала, очень похожую на чистый синусоидальный сигнал. волна.
Сэр, я планировал спроектировать инвертор для своего дома, который должен зажигать лампочку cfl мощностью 3,20 Вт, а также для зарядки мобильных устройств. Следовательно, я предположил, что моя общая потребность в ваттах не превышает 100 Вт. Пожалуйста, предложите любую схему, основанную на моем требование и сказать информацию о батарее, которую мне нужно использовать для работы инвертора в течение 5 часов.
Виджай, ты можешь попробовать следующую схему:
аккумулятор должен быть не менее 12 В, 75 Ач
инвертор способен обрабатывать до 200 Вт, если trafo соответствует номиналу
Для расчета выходного конденсатора SMPS (понижающего) нужно ли брать частоту коммутации как «f» в формуле? поясните пожалуйста
Дорогой Равиш, в SMPS форма волны прямоугольная или квадратная, а также присутствует коэффициент заполнения… так что, может быть, буква «F» может быть выражена здесь по-разному с точки зрения рабочего цикла %….не очень уверен в этом, верно сейчас…
Сэр, выходное напряжение моего трансформатора после выпрямления составляет 11,9 В. Я хочу зарядить свою батарею на 12 В, пожалуйста, предложите номинал конденсатора, который я хочу использовать для зарядки моей батареи, пожалуйста, ответьте быстро
Виджай, если вам интересно рассчитать точную емкость конденсатора, вам нужно сначала оценить зарядный ток, который можно найти, разделив AH вашей батареи на 10.
Как правило, вы можете просто использовать конденсатор с наибольшим номиналом, который вам подходит.
Очень хороший пост, из которого я многому научился. Пожалуйста, как мы можем измерить/рассчитать/получить Vpp?
Я рад, что вам понравилось!!
Vpp — это конечная пульсация, которая может появиться при постоянном токе после выпрямления, и в идеале она должна быть равна нулю, но на практике нулевая пульсация невозможна, и, кроме того, это потребует огромного фильтрующего конденсатора… поэтому мы предположим, что это значение равно примерно «1» для всех расчетов конденсатора фильтра
Большое спасибо за разъяснения. Вы очень помогли.
Добро пожаловать!!
очень хороший пост и сайт
а что вы думаете о расчете напряжения конденсатора фильтра?
сэр, ваша трасса великолепна, но у меня есть к вам вопросы… как у вас дела?
C = I / 2 x f x Vpp
= 0,01 фарад или 10 000 мкФ (1 фарад = 1 000 000 мкФ)
Откуда вы взяли десятичную точку?
Я пытаюсь определить размер конденсатора для выпрямительного диодного моста kbpc3508.
C = I / (2 x f x Vpp)
= 2 / (2 x 100 x 1)
= 2 / 200
= 0,01 фарад
0,01 фарад — это 10 000 мкФ, а не 10 000 мкФ, или я ошибаюсь?
Я не понимаю. Значит, в приведенном выше примере у вас должен быть конденсатор на 20000 мкФ?
Я пытаюсь собрать источник питания от 250 до 300 вольт и от 5 до 6 ампер или зарядное устройство для зарядки аккумулятора моего 03 Prius, спасибо, если поможете
Вы можете построить схему автоматического отключения, обратившись к следующей схеме:
Здравствуйте, у меня есть контроллер двигателя BLDC, рассчитанный на 22,2 В и 50 А, мне нужно установить на них конденсаторы фильтра входной мощности. как мне поступить? Рабочее напряжение двигателя 22 В, пиковый ток – 40 А.
Можно использовать 3 конденсатора, соединить их концы вместе, а остальные 3 конца конденсаторов соединить с 3 проводами двигателя BLDC.
Как бы вы решили эту проблему?
Пиковое двухполупериодное выпрямленное напряжение 60 В подается на входной емкостной фильтр. Если f = 49 Гц, R = 9 кОм и C = 44 мкФ, напряжение пульсаций ………
Здравствуйте, сэр,
Я пытаюсь получить источник питания постоянного тока для запуска двигателя беговой дорожки. Это двигатель мощностью 3 л.с., 100 В, 23 А.
Я использую источник питания переменного тока SCR и получил мостовой выпрямитель. Мотор работает. Но есть этот гул. Я не могу понять, какой номинал сглаживающего конденсатора я должен использовать, чтобы смягчить гул. Я предполагаю, что мне нужно использовать электролитический конденсатор.
Даже прочитав вашу статью, я так и не понял, какое напряжение и какая емкость мне нужны. Также я не возражаю против использования нескольких конденсаторов и/или в сочетании с резистором или чем-то еще, что нужно, чтобы сделать это правильно. У меня много конденсаторов и резисторов или что у вас есть. Я ценю любую помощь, которую вы можете выбросить. И спасибо за все, что вы делаете.
Здравствуйте, Али, напряжение конденсатора указывает максимальное напряжение, которое он может выдержать, и превышение этого напряжения приведет к взрыву конденсатора… это не имеет ничего общего с номиналом конденсатора в микрофарадах или уровнем сглаживания конденсатора. . Если ваш источник питания составляет 100 В, то напряжение конденсатора может быть 150 В, чтобы быть в полной безопасности.
Если ваш постоянный ток 100 В поступает от мостового выпрямителя, вы можете подключить сглаживающий конденсатор непосредственно к линиям питания +/-, резисторы не потребуются.
Вы можете попробовать 500 мкФ/150 В или 1000 мкФ/150 В, и это точно остановит гудящий звук. Конденсатор может быть электролитическим или не электролитическим это не имеет значения.
Вычислять конденсатор не требуется, вы можете произвольно увеличивать значение, пока не обнаружите, что гудящий звук полностью исчез.
Я должен был упомянуть, что я использовал крышку электролита 1000 мкФ, 200 В, + к стрелке выпрямителя, параллельно двигателю и выпрямителю, и между ними, он довольно сильно нагревался. На самом деле это отключил выключатель на розетке. Я предполагаю, что именно так он подключен, его «плюс» со стороны стрелки полного мостового выпрямителя и «минус» на его конце. Если только я не ошибся. Кто-то сказал, что если я поставлю его задом наперёд, он не сработает… что бы это ни имело в виду.
Стоит ли использовать конденсатор от микроволновки, 1 мФ и 1000В?
Заранее спасибо.
Это 1 Фарад на крышку микроволновой печи, а не 1 мФ. 🙂
Да, конденсатор должен быть подключен к выходу мостового выпрямителя так, чтобы плюс конденсатора шел к катодам мостового диода.
1 Фарад огромен, и его должно быть достаточно, чтобы эффективно компенсировать пульсации напряжения.
Здравствуйте, я собирался отредактировать свой предыдущий комментарий/сообщение, но, похоже, это невозможно. Так что это продолжение.
Когда я использовал вашу формулу, мне нужна была емкость 160 000 мкФ. Это много. Я никогда не видел электролитический конденсатор с таким номиналом. Самый, самый высокий электролитический конденсатор, который я видел, это 4500 мкФ и что-то около 220 вольт.
Если это то, что нужно, то это много конденсаторов.
Расчет даст наиболее идеальное значение, которое на самом деле не требуется в реальных экспериментах, поскольку небольшая пульсация всегда допустима.
4500 мкФ/220 В — это огромное значение, и его должно быть достаточно, чтобы полностью прекратить гудящий звук.
У меня неправильная полярность электролитического конденсатора. Хорошо, что не взорвался. Сегодня установил правильно 470мкФ, 200В. Я заметил, что это не имеет большого значения. Кто-то на ютубе говорил, что ферритовый штуцер, который он использовал с проводами между выпрямителем и двигателем, помог намного больше, чем использование конденсатора. Я думаю использовать этот феррит вместе с дросселем, если это имеет значение. Также регулятор напряжения переменного тока имеет потенциометр 500K. Я думаю об установке 100K, потому что мне нужно повернуть потенциометр более чем наполовину, чтобы двигатель даже повернулся, а конденсатор сделал это еще хуже, и мне пришлось повернуть ручку еще больше.
Спасибо за обновление информации… вы определенно можете попробовать эти модификации, надеюсь, это решит проблему!
Вы работаете с электронными лампами (схемами)?
Спасибо,
Ларри
Вестминстер, Колорадо
К сожалению, у меня нет никаких идей относительно того, как работают вакуумные трубки.
Сэр,
Я разрабатываю инвертор источника тока, в котором конденсатор введен на входной стороне постоянного тока. Этот конденсатор должен обеспечить пульсации 100 Гц, присутствующие на выходе. Какой была бы конструкция, если бы этот конденсатор??
Здравствуйте, Дженнифер, я еще не исследовал инвертор источника тока в деталях, поэтому я пока не очень хорошо разбираюсь в этой концепции!
Мы видели, что на выходе трансформатора и выпрямителя было постоянное напряжение; но он содержит большой нежелательный компонент переменного тока.
Мы можем уменьшить эту составляющую переменного тока, добавив конденсатор, как показано здесь. Эффект от этого
- увеличить среднее выходное напряжение и
- для обеспечения тока при падении выходного напряжения.
Это показано на графике ниже. Обратите также внимание на добавление выключателя и предохранителя на шину под напряжением.
Как и прежде, все расчетные значения относятся к среднеквадратичному напряжению 12 В от трансформатора.
Для наших расчетов мы выберем конденсатор емкостью 10 мФ (10 000 мкФ), допустим нагрузку 6 Ом,
внутреннее сопротивление трансформатора 0,5 Ом и падение напряжения на выпрямителе 2 В.
Желтая линия показывает выходное напряжение от предыдущего несглаженного источника питания с нагрузкой 2А
На предыдущей странице мы видели, что среднеквадратичное значение нашей волны "постоянного тока" составляет примерно 10,6 В
Посмотрим, как это изменится при добавлении конденсатора.
Снижено максимальное выходное напряжение; но самое низкое выходное напряжение увеличилось с 0 В до 11,6
Это означает, что среднеквадратичное значение выходной волны теперь намного выше.
Примечание. Добавление сглаживающего конденсатора увеличивает среднее выходное напряжение.
Расчет напряжения пульсаций
Размер нашей волны пульсаций, показанной выше, составляет 1,3 В от пика до пика, и это «почти» пилообразная волна. Среднеквадратичное значение для пилообразной волны: Vrms = Vpp / 2*sqrt(3) = Vpp / 3,46
Здесь пульсация Vpp составляет 1,3 В, поэтому Vrms для волны переменного тока составляет 1,3 / 3,46 В = 0,375 В (несглаженное значение было 5,4 В)
Среднеквадратичное значение выходного сигнала составляет 12,0 В. Это выше, чем 10,6 В для несглаженного источника питания.
Расчет конденсатора
Величина пульсирующего напряжения определяется (приблизительно *) как
Vpk-pk ripple= Iload /4 f C (см. ниже), где
f — частота до выпрямления (здесь 50 Гц) и < br />C — емкость конденсатора.
Пример: для нашего источника питания 12 В нам требуется пульсирующее напряжение менее 1 В (пик-пик) при нагрузке 2 А.
Переставляя Vpk-pk пульсация = Iload / fC получаем C = Iload / 4 * f * Vpk-pk пульсация
C = 2A / 4 * 50 Гц * 1 В, откуда C = 2/200 фарад = 10 000 мкФ
(* на самом деле пульсации напряжения также зависят от внутреннего сопротивления трансформатора и выпрямителя. Чем больше сопротивление, тем лучше сглаживание, но хуже регулирование нагрузки)
Почему пульсация Vpk-pk= Iload /4 f C?
В каждом полупериоде выходное напряжение увеличивается и падает. Время разряда t между каждым пиком и впадиной составляет примерно половину каждого полупериода или четверть периода T неспрямленной волны.
Мы используем Q (заряд) = C V = I t и переставляем, чтобы получить V = I t / C, поэтому V = I T / 4 C.
T = 1 / f , откуда V = I / 4 f C
Расчет напряжения
Минимальное выходное напряжение Vout = Vpk - (пульсация Vpk-pk)
В приведенном выше примере Vpk = 14,6 В, а пульсации Vpk-pk = 1,3 В, поэтому Vвых (мин) = 13,3 В
Пульсирующий ток
Накопление и высвобождение заряда в конденсаторе приводит к протеканию через него переменного тока. Это вызывает нагрев конденсатора и может быть разрушительным. На следующей странице мы оцениваем размер этого тока.
Пример работы
Разработайте блок питания, работающий от сети, со следующими характеристиками: выходное напряжение 24 В ± 20 % при 5 А с максимальным напряжением пульсаций 4 В пик-пик.
- подходящий трансформатор, рассчитанный на непрерывный ток 5А
- мостовой выпрямитель, способный пропускать пиковый ток 2*5A в непрерывном режиме,
с номинальным обратным напряжением более 3 * Vrms (или 2 * Vpk) - сглаживающий конденсатор
Расчеты:
1: Выберите выпрямитель: в описании выбранного выпрямителя указано, что прямое падение напряжения составляет 2,7 В при токе 5 А.
2: определите необходимое напряжение: Vrms * 1,414 должно быть > 24 + 2,7 + (Vripple = 4V) = 30,7; Vrms = 30,7/1,414 = 22 В.
3: выберите трансформатор: Ближайший подходящий трансформатор 24 В на 8 А – это нормально.
4: выберите конденсатор: помните, что пульсация Vpk-pk = Iнагрузка /4 f C - или C = Iнагрузка /4 f * пульсация Vpk-pk
C = 5 / 4 * 50 * 4 В = 5 / 800 = 0,00625 = 6250 мкФ
с минимальным номинальным напряжением 24 * sqrt(2) = 34 В + запас прочности 20% = 40 В
Резервуарные конденсаторы используются для сглаживания необработанной формы выпрямленного сигнала в источнике питания. Важно выбрать правильный конденсатор с правильным номиналом и номинальным током пульсаций.
В источнике питания, будь то линейный источник питания или импульсный источник питания, использующий источник питания переменного тока и диодные выпрямители, необработанный выпрямленный выходной сигнал обычно сглаживается с помощью накопительного конденсатора перед подачей на любые регуляторы или другие подобные устройства. электронная схема.
Алюминиевые электролитические конденсаторы идеально подходят для использования в качестве сглаживающих конденсаторов, поскольку многие электролиты способны обеспечить достаточно высокую емкость и выдерживать уровень пульсаций тока, необходимый для сглаживания формы волны.
По сути, схема сглаживания заполняет основные провалы в необработанном выпрямленном сигнале, чтобы схема линейного регулятора или импульсного источника питания могла работать правильно. Они изменяют форму волны от той, которая изменяется от нуля до пикового напряжения в течение цикла входящей формы волны мощности, и изменяют ее на такую, в которой изменения намного меньше. По сути, они сглаживают форму волны, отсюда и название.
Поскольку сглаживающие конденсаторы используются как в источниках питания с линейной стабилизацией, так и в импульсных источниках питания, они составляют важную часть многих электронных схем.
Двухполупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором
Основы сглаживания конденсаторов
Конденсаторное сглаживание используется для большинства типов источников питания, будь то линейный регулируемый источник питания, импульсный источник питания или даже просто сглаженный и нерегулируемый источник питания.
Типичный электролитический конденсатор, используемый для сглаживания.
Необработанный постоянный ток, подаваемый диодным выпрямителем сам по себе, будет состоять из серии полусинусоид с напряжением, изменяющимся от нуля до √2 среднеквадратичного напряжения (без учета диодных и других потерь).
Форма сигнала такого рода не будет использоваться для питания цепей, потому что любые аналоговые схемы будут иметь огромный уровень пульсаций, наложенных на выход, а любые цифровые схемы не будут работать, потому что питание будет отключаться каждые полпериода.
Сглаживание конденсатора обеспечивает правильную работу следующих ступеней линейного регулируемого источника питания или импульсного источника питания.
Для сглаживания выходного сигнала выпрямителя используется накопительный конденсатор, который размещается параллельно выходу речитатора и параллельно нагрузке.
Сглаживание работает, потому что конденсатор заряжается, когда напряжение от выпрямителя становится выше напряжения конденсатора, а затем, когда напряжение выпрямителя падает, конденсатор обеспечивает требуемый ток за счет накопленного заряда.
Таким образом, конденсатор может обеспечивать заряд, когда он недоступен от выпрямителя, и, соответственно, напряжение изменяется значительно меньше, чем если бы конденсатор отсутствовал.
Сглаживание конденсатора не обеспечит полной стабильности напряжения, всегда будут некоторые колебания напряжения. На самом деле, чем выше емкость конденсатора, тем лучше сглаживание, а также чем меньше потребляемый ток, тем лучше сглаживание.
Сглаживание действия накопительного конденсатора
Следует помнить, что единственный путь разряда конденсатора, кроме внутренней утечки, - через нагрузку на выпрямитель/систему сглаживания. Диоды предотвращают обратный ток через трансформатор и т. д.
Еще один момент, о котором следует помнить, заключается в том, что сглаживание конденсатора не дает какой-либо формы регулирования, и напряжение будет варьироваться в зависимости от нагрузки и любых изменений входного сигнала.
Стабилизация напряжения может обеспечиваться линейным стабилизатором или импульсным источником питания.
Значение сглаживающего конденсатора
Выбор емкости конденсатора должен соответствовать ряду требований. В первом случае значение должно быть выбрано таким образом, чтобы его постоянная времени была намного больше временного интервала между последовательными пиками выпрямленного сигнала:
Сглаживание пульсаций напряжения конденсатора
Поскольку на выходе выпрямителя, использующего схему сглаживающего конденсатора, всегда будет некоторая пульсация, необходимо иметь возможность оценить приблизительное значение. Слишком большое значение конденсатора приведет к дополнительным затратам, размеру и весу, а заниженное значение приведет к ухудшению производительности.
Размах пульсаций на выходе сглаживающего конденсатора источника питания (полная волна)
На диаграмме выше показаны пульсации для двухполупериодного выпрямителя со сглаживанием конденсатора. Если бы использовался однополупериодный выпрямитель, половина пиков отсутствовала бы, а пульсации были бы примерно в два раза выше напряжения.
Для случаев, когда пульсации малы по сравнению с напряжением питания, что почти всегда бывает, можно рассчитать пульсации, зная условия цепи:
Двухполупериодный выпрямитель
Полупериодный выпрямитель
Эти уравнения обеспечивают более чем достаточную точность. Хотя разряд конденсатора для чисто резистивной нагрузки носит экспоненциальный характер, неточность, вносимая линейным приближением, очень мала при низких значениях пульсаций.
Стоит также помнить, что вход регулятора напряжения представляет собой не чисто резистивную нагрузку, а нагрузку постоянного тока. Наконец, допуски электролитических конденсаторов, используемых для сглаживающих цепей выпрямителей, велики - в лучшем случае ± 20%, и это скроет любые неточности, вносимые допущениями в уравнениях.
Пульсирующий ток
Двумя основными характеристиками конденсатора являются его емкость и рабочее напряжение. Однако для приложений, где могут протекать большие уровни тока, как в случае сглаживающего конденсатора выпрямителя, важен третий параметр — его максимальный пульсирующий ток.
Пульсирующий ток не просто равен току питания. Есть два сценария:
-
Ток разрядки конденсатора. В цикле разрядки максимальный ток, подаваемый конденсатором, возникает, когда выходной сигнал схемы выпрямителя падает до нуля. В этот момент весь ток из цепи поступает от конденсатора. Это равно полному току цепи.
Более короткое время зарядки приводит к очень высоким уровням пикового тока, поскольку сглаживающий конденсатор должен поглотить заряд, достаточный для периода разрядки, за очень короткое время.
Сети сглаживания сечения Pi
В некоторых приложениях линейный регулятор напряжения не используется, может потребоваться улучшенная форма плавного регулятора. Этого можно добиться, используя два конденсатора и последовательную катушку индуктивности или резистор.
Подход со сглаженным питанием используется в некоторых высоковольтных системах и в некоторых других специализированных областях, но он не так распространен, как источники питания с линейной стабилизацией и импульсные источники питания, которые обеспечивают гораздо лучшее регулирование и сглаживание.
>Этот подход также можно увидеть во многих старинных беспроводных устройствах, где использование источника питания с линейной регулировкой было невозможно.
Фильтр сглаживания сечения пи
Есть два варианта системы сглаживания π-сечений. С двумя конденсаторами между линией и землей последовательный элемент был либо катушкой индуктивности, либо резистором. Катушка индуктивности стоила намного дороже и давала лучшую производительность, но резистор был гораздо более дешевым вариантом, хотя и рассеивал больше энергии.
Сглаживающие конденсаторы являются важными элементами как линейных, так и импульсных источников питания, поэтому они широко используются.
При выборе накопительного конденсатора для сглаживающих применений в источнике питания важно не только значение емкости с точки зрения обеспечения требуемого снижения напряжения пульсаций, но также очень важно убедиться, что номинальный ток пульсаций конденсатора не превышен. Если потребляется слишком большой ток, конденсатор нагревается и срок его службы сокращается, а в крайних случаях он может выйти из строя, иногда с катастрофическими последствиями.
Читайте также: