Расчет электролитического конденсатора для выпрямителя: Он-лайн калькулятор расчёта сглаживающего конденсатора выпрямителя.

Содержание

РадиоКот :: Выпрямители. Как и почему.

РадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Основы – слишком просто? Вам сюда. Продолжаем. >

Выпрямители. Как и почему.

Итак, дорогие мои, мы собрали нашу схемку и пришло время ее проверить, испытать и нарадоваться сему щастью. На очереди у нас – подключение схемы к источнику питания. Приступим. На батарейках, аккумуляторах и прочих прибамбасах питания мы останавливаться не будем, перейдем сразу к сетевым источникам питания. Здесь рассмотрим существующие схемы выпрямления, как они работают и что умеют. Для опытов нам потребуется однофазное (дома из розетки) напряжение и соответствующие детальки. Трехфазные выпрямители используются в промышленности, мы их рассматривать также не будем. Вот электриками вырастете – тогда пжалста.

Источник питания состоит из нескольких самых важных деталей: Сетевой трансформатор – на схеме обозначается похожим как на рисунке,

Выпрямитель – его обозначение может быть различным.

Выпрямитель состоит из одного, двух или четырех диодов, смотря какой выпрямитель. Сейчас будем разбираться.

а) – простой диод.
б) – диодный мост. Состоит из четырех диодов, включенных как на рисунке.
в) – тот же диодный мост, только для краткости нарисован попроще. Назначения контактов такие же, как у моста под буквой б).

Конденсатор фильтра. Эта штука неизменна и во времени, и в пространстве, обозначается так:

Обозначений у конденсатора много, столько же, сколько в мире систем обозначений. Но в общем они все похожи. Не запутаемся. И для понятности нарисуем нагрузку, обозначим ее как Rl – сопротивление нагрузки. Это и есть наша схема. Также будем обрисовывать контакты источника питания, к которым эту нагрузку мы будем подключать.

Далее – пара-тройка постулатов.
– Выходное напряжение определяется как Uпост = U*1. 41. То есть если на обмотке мы имеем 10вольт переменного напряжения, то на конденсаторе и на нагрузке мы получим 14,1В. Примерно так.
– Под нагрузкой напряжение немного проседает, а насколько – зависит от конструкции трансформатора, его мощности и емкости конденсатора.
– Выпрямительные диоды должны быть на ток в 1,5-2 раза больше необходимого. Для запаса. Если диод предназначен для установки на радиатор (с гайкой или отверстие под болт), то на токе более 2-3А его нужно ставить на радиатор.

Так же напомню, что же такое двуполярное напряжение. Если кто-то подзабыл. Берем две батарейки и соединяем их последовательно. Среднюю точку, то есть точку соединения батареек, назовем общей точкой. В народе она известна так же как масса, земля, корпус, общий провод. Буржуи ее называют GND (ground – земля), часто ее обозначают как 0V (ноль вольт). К этому проводу подключаются вольтметры и осциллографы, относительно нее на схемы подаются входные сигналы и снимаются выходные.

Потому и название ее – общий провод. Так вот, если подключим тестер черным проводом в эту точку и будем мерить напряжение на батарейках, то на одной батарейке тестер покажет плюс1,5вольта, а на другой – минус1,5вольта. Вот это напряжение +/-1,5В и называется двуполярным. Обе полярности, то есть и плюс, и минус, обязательно должны быть равными. То есть +/-12, +/-36В, +/-50 и т.д. Признак двуполярного напряжения – если от схемы к блоку питания идут три провода (плюс, общий, минус). Но не всегда так – если мы видим, что схема питается напряжением +12 и -5, то такое питание называется двухуровневым, но проводов к блоку питания будет все равно три. Ну и если на схему идут целых четыре напряжения, например +/-15 и +/-36, то это питание назовем просто – двуполярным двухуровневым.

Ну а теперь к делу.

1. Мостовая схема выпрямления.
Самая распространенная схема. Позволяет получить однополярное напряжение с одной обмотки трансформатора. Схема обладает минимальными пульсациями напряжения и несложная в конструкции.

2. Однополупериодная схема.
Так же, как и мостовая, готовит нам однополярное напряжение с одной обмотки трансформатора. Разница лишь в том, что у этой схемы удвоенные пульсации по сравнению с мостовой, но один диод вместо четырех сильно упрощает схему. Используется при небольших токах нагрузки, и только с трансформатором, много большим мощности нагрузки, т.к. такой выпрямитель вызывает одностороннее перемагничивание трансформатора.

3. Двухполупериодная со средней точкой.
Два диода и две обмотки (или одна обмотка со средней точкой) будут питать нас малопульсирующим напряжением, плюс ко всему мы получим меньшие потери в сравнении с мостовой схемой, потому что у нас 2 диода вместо четырех.

4. Мостовая схема двуполярного выпрямителя.
Для многих – наболевшая тема. У нас есть две обмотки (или одна со средней точкой), мы с них снимаем два одинаковых напряжения. Они будут равны, пульсации будут малыми, так как схема мостовая, напряжения на каждом конденсаторе считается как напряжение на каждой обмотке помножить на корень из двух – всё, как обычно. Провод от средней точки обмоток выравнивает напряжения на конденсаторах, если нагрузки по плюсу и по минусу будут разными.

5. Схема с удвоением напряжения.
Это две однополупериодные схемы, но с диодами, включенными по разному. Применяется, если нам надо получить удвоенное напряжение. Напряжение на каждом конденсаторе будет определяться по нашей формуле, а суммарное напряжение на них будет удвоенным. Как и у однополупериодной схемы, у этой так же большие пульсации. В ней можно усмотреть двуполярный выход – если среднюю точку конденсаторов назвать землей, то получается как в случае с батарейками, присмотритесь. Но много мощности с такой схемы не снять.

6. Получение разнополярного напряжения из двух выпрямителей.
Совсем не обязательно, чтобы это были одинаковые блоки питания – они могут быть как разными по напряжению, так и разными по мощности. Например, если наша схема по +12вольтам потребляет 1А, а по -5вольтам – 0,5А, то нам и нужны два блока питания – +12В 1А и -5В 0,5А. Так же можно соединить два одинаковых выпрямителя, чтобы получить двуполярное напряжение, например, для питания усилителя.

7. Параллельное соединение одинаковых выпрямителей.
Оно нам дает то же самое напряжение, только с удвоенным током. Если мы соединим два выпрямителя, то у нас будет двойное увеличение тока, три – тройное и т.д.

Ну а если вам, дорогие мои, всё понятно, то задам, пожалуй, домашнее задание. Формула для расчета емкости конденсатора фильтра для двухполупериодного выпрямителя:

Для однополупериодного выпрямителя формула несколько отличается:

Двойка в знаменателе – число “тактов” выпрямления. Для трехфазного выпрямителя в знаменателе будет стоять тройка.

Во всех формулах переменные обзываются так:

Cф – емкость конденсатора фильтра, мкФ
Ро – выходная мощность, Вт
U – выходное выпрямленное напряжение, В
f – частота переменного напряжения, Гц
dU – размах пульсаций, В

Для справки – допустимые пульсации:
Микрофонные усилители – 0,001…0,01%
Цифровая техника – пульсации 0,1…1%
Усилители мощности – пульсации нагруженного блока питания 1…10% в зависимости от качества усилителя.

Эти две формулы справедливы для выпрямителей напряжения частотой до 30кГц. На бОльших частотах электролитические конденсаторы теряют свою эффективность, и выпрямитель рассчитывается немного не так. Но это уже другая тема.

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

Расчет конденсаторов шины питания мощных преобразовательных устройств – Компоненты и технологии

Одними из значимых элементов схемы и конструкции импульсного преобразователя являются конденсаторы шины питания. Неграмотный выбор ЭК и неправильный расчет режимов его работы может заметно снизить надежность аппаратуры и стать причиной неожиданных отказов. Компания RIFA предлагает методику расчета конденсаторов, позволяющую не только оценить мощность потерь в конкретных условиях эксплуатации, но и достаточно точно спрогнозировать срок их службы.

Особенностям топологии и конструкции преобразователей высокой мощности посвящено достаточно много литературы (см., например, [3, 4]). Технология выполнения соединений имеет решающее значение в устройствах, коммутирующих с высокими скоростями токи в десятки, сотни и даже тысячи ампер. Именно такие режимы работы характерны для современных мощных импульсных устройств, использующих в качестве силовых ключей транзисторы MOSFET или IGBT. Неправильно выполненная топология шин, высокое значение распределенных паразитных индуктивностей проводников приводит к появлению импульсных перенапряжений, что подчас является причиной отказа силовых полупроводников.

Распределенные параметры шин достаточно сложно поддаются расчету или измерению, серьезной проблемой является анализ уровня переходных перенапряжений, особенно в предельных режимах, таких, как режим аварийного отключения транзисторов при коротком замыкании нагрузки.

Не менее значимыми элементами схемы и конструкции импульсного преобразователя являются конденсаторы шины питания. Как правило, мы не особо задумываемся о расчете режимов при выборе электролитических конденсаторов (ЭК) для маломощных схем. Такая «невнимательность» совершенно недопустима при расчете конденсаторов силовой шины питания. Неграмотный выбор ЭК и неправильный расчет режимов его работы может заметно снизить надежность аппаратуры и стать причиной неожиданных отказов.

Рис. 1. Инвертор для ветрогенератора фирмы SEMIKRON. На рисунке видны силовые модули SKiiP IGBT и многослойные шины питания с установленными на них конденсаторами

Как правило, производители ЭК в технической документации приводят минимальный набор параметров: предельное напряжение, допустимый ток пульсаций при заданной частоте, тангенс угла потерь, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), эквивалентная последовательная индуктивность (ESL). В спецификациях более «продвинутых» изготовителей ЭК можно найти таблицу поправочных коэффициентов для тока пульсаций и показатели надежности. Например, конденсаторы HU3/HU4 фирмы Hitachi имеют ресурс свыше 600 тыс. часов при номинальном токе пульсаций и температуре 50 °С. Этот же параметр не превышает 4 тыс. часов при предельной температуре. Однако при расчете схемы разработчику хотелось бы знать, сколько конкретно прослужат емкости при заданных рабочих режимах. Это необходимо и для определения минимального номинала ЭК, поскольку современные высоковольтные конденсаторы вносят значительный вклад в стоимость изделия и имеют существенные габариты.

Одним из мировых лидеров в производстве конденсаторов различного назначения, фирмой RIFA, разработана методика расчета, позволяющая не только оценить мощность потерь конденсаторов в конкретных условиях эксплуатации, по и достаточно точно спрогнозировать срок их службы. Подобный расчет может оказать неоценимую помощь разработчику силовой электронной техники.

Потери в ЭК

Суммарные потери проще всего оценить, зная ток утечки Il, среднеквадратичное (RMS) значение переменного тока I, текущего через конденсатор, и значения эквивалентных сопротивлений ЭК.

Общее омическое сопротивление R состоит из сопротивления металла и электролита.

Диэлектрические потери пропорциональны энергии, запасенной в конденсаторе: W_С = CU²/2. Мощность P₁, рассеиваемая в ЭК, может быть записана следующим образом:

где f — частота перезаряда конденсатора.

Условимся, что ток через ЭК имеет синусоидальную форму. В этом случае потери будут составлять:

Поскольку I = ω × C × U, a ω = 2π × f, то

Сомножитель (A + B 9 f) представляет собой известный всем cosφ. Однако пользоваться углом φ неудобно, так как обычно он близок к 90°, поэтому при расчетах ЭК применяют угол δ = 90 — φ, называемый углом потерь. Таким образом, tan δ = sin (90 — φ)/cos(90 — φ) ≅ sin (90 — φ) так как cos (90 — φ) ≅ 1 Формула приобретает нормальный вид:

Ошибка, возникающая из-за принятой аппроксимации, несущественна для расчетов потерь ЭК, а измерение tan δ намного проще, чем cos φ. Этот параметр называется тангенсом угла потерь и приводится в данных на ЭК.

Подставляя в (2) U = I/(ω × C), получаем:

Таким образом можно определить R_S или ESR — эквивалентное последовательное сопротивление, значение которого также приводится в технических характеристиках (по крайней мере у серьезных производителей).

Как видно из уравнения (6), параметр R_S является частотно зависимым. Примерный вид графика зависимости R_S от частоты приведен на рис. 2. Это несколько затрудняет расчет потерь. Кроме того, если ток имеет сложный спектральный состав, необходимо знать величину каждой гармоники. Однако, если низшие гармоники достаточно велики и частотно зависимый компонент мал по сравнению с омическим сопротивлением, расчет становится простым. Обычно на частотах свыше 500 Гц R_S практически не зависит от частоты.

Рис. 2. Зависимость ESR от частоты

Температура перегрева ЭК зависит от R_S и среднеквадратичного значения переменного тока I. Назовем температуру в наиболее нагретой точке конденсатора (точке перегрева) T_hs, а температуру окружающей среды — T_a. В рабочем диапазоне перегрев является линейной функцией мощности потерь Р. Тогда справедливо следующее соотношение:

где R_th — тепловое сопротивление «точка перегрева — окружающая среда». Некоторые дополнительные потери P_L создает и ток утечки I_L:

Однако данными потерями, как правило, можно пренебречь, особенно в соотношении с мощностью, рассеиваемой как самими конденсаторами, так и балластными резисторами при последовательном соединении конденсаторов.

Срок службы и надежность

Два основных параметра, влияющих на ресурс и надежность ЭК, — это рабочее напряжение и температура. Для срока службы L_op можно записать соотношение:

где U_op — рабочее напряжение, U_R — предельно допустимое напряжение, L_opR — срок службы ЭК при напряжении U_R.

Показатель степени n = 5 при 0,8U_R < U < U_R; n = 3 при 0,5U_R < U < 0,8U_R. Это означает, что снижение рабочего напряжения на 21% увеличивает срок службы вдвое. Если U < 0,5U_R срок службы практически не зависит от напряжения.

Срок службы имеет экспоненциальную температурную зависимость. График зависимости может быть описан выражением:

Надежность ЭК оказывается тем выше, чем выше его диаметр. Формула, учитывающая диаметр, имеет следующий вид:

(Для конденсаторов, рассчитанных на 105° вместо 85° в показателе степени должно быть 105).

Значение f(D) для некоторых значений диаметра ЭК стандартной конструкции приведено ниже:

L_op определяется, как время, в течение которого параметры ЭК находятся в пределах определенных допусков. У каждой фирмыпроизводителя значения допусков свои. RIFA так определяет предельное состояние ЭК:

Изменение емкости более 15%.
Увеличение tanδ более чем в 1,3 раза.
Увеличение ESR более чем в 2 раза.

Когда большое количество ЭК (назовем его N₀) испытывается при заданных условиях, то через определенное время некоторые параметры ЭК подойдут к своему предельному значению. Количество ЭК, сохраняющих свои параметры в пределах допусков, — R(t) будет со временем становиться все меньше в соответствии с выражением:

где — частота отказов.

Вероятность отказа F(t) можно определить как:

где S(t) — вероятность, что 1 конденсатор прослужит время t.

Можно также определить зависимость срока службы L_op от вероятности отказа следующим образом:

где m — среднее время между отказами.

L_op и λ экспоненциально зависят от температуры: λ возрастает, а L_op — снижается.

Упрощенное выражение для выглядит следующим образом:

Для 105° конденсаторов в показателе степени надо заменить 85 на 105.

Тепловая модель электролитического конденсатора

Токи перезаряда конденсатора вызывают потери на его омическом сопротивлении. Потери также создаются за счет тока утечки и изменения напряжения на диэлектрике. Эти потери проявляются в повышении температуры ЭК — ΔT, пропорциональном мощности потерь Р.

где R_th — тепловое сопротивление конденсатора.

Наиболее нагретая точка ЭК имеет температуру T_hs. Обычно эта точка расположена в геометрическом центре ЭК. Тепло распространяется во все стороны через электролит, фольгу, выводы, корпус и т. д. Обозначим R_thhc — тепловое сопротивление «точка перегрева — корпус», а R_thca — тепловое сопротивление «корпус — окружающая среда». Если ЭК установлен на теплосток, появляется тепловое сопротивление «корпус — теплоотвод» R_thcс, зависящее от размера, формы теплостока и способа охлаждения.

На тепловые режимы при импульсном характере работы влияние оказывает также тепловая емкость конденсатора C_th, которая зависит от массы и материала ЭК. В модели ЭК такую емкость можно было бы установить параллельно каждому сопротивлению. Однако емкостью, параллельной R_thca, можно пренебречь из-за низкой теплоемкости воздуха.

На рис. 3 приведены эквивалентные тепловые схемы для случая естественного охлаждения (слева) и установки ЭК на радиатор (справа). Tt — температура выводов конденсатора. Температура корпуса Tc измеряется в точке, противоположной выводам.

Рис. 3. Эквивалентные тепловые схемы ЭК

В таблице 1, приведенной ниже, приведены тепловые характеристики (при естественном охлаждении) некоторых типоразмеров ЭК фирмы RIFA.

Таблица 1. Тепловые сопротивления и тепловые емкости ЭК RIFA

Приведенные цифры являются основными данными для расчета нагрева ЭК, в какой бы схеме он не работал. К сожалению, в каталогах большинства фирм-производителей (и в отечественных ТУ тоже) тепловые характеристики конденсаторов не приводятся.

Параллельное и последовательное соединение ЭК

Соединение ЭК используется для повышения емкости, увеличения допустимого напряжения или тока пульсаций и не вызывает, на первый взгляд, никаких проблем. Однако проблемы существуют и связаны они в первую очередь с возникновением переходных помех при включении из-за паразитной индуктивности соединительных проводов.

На рис. 4 показано параллельное соединение 4 конденсаторов C1…C4 емкостью по 3300 мкФ.

Рис. 4. Эквивалентная схема при параллельном соединении конденсаторов

В схему включены сопротивления и индуктивности подводящих проводов, паразитные индуктивности ЭК и сопротивления R_s (ESR). Эпюры напряжений в точке 5 схемы (см. рис. 5) даны для двух значений температуры — 20 и 85 °С. Разница в переходном напряжении (135 В для 20 °С и 165 В для 85 °С) объясняется тем, что Rs изменяет свое значение от 22 мОм при 20 °С до 7 мОм при 85 °С. Величина перенапряжения зависит и от номинала конденсатора. Интересно, что пик напряжения практически не зависит от величины нагрузки. Это объясняется тем, что импеданс схемы очень низок по сравнению с нагрузкой. Следует отметить, что в реальных схемах, как правило, используется режим «плавного» заряда, что необходимо для ограничения зарядного тока конденсаторов. В этом случае перенапряжения при включении не наблюдается.

Рис. 5. Эпюры напряжений при включении схемы

Последовательное соединение ЭК используется для высоковольтных схем. При этом часто приходится включать конденсаторы последовательно — параллельно для получения необходимой величины емкости.

Анализ переходных искажений в комбинированной схеме производится аналогично описанному выше. Следует учесть паразитные параметры проводов между последовательно соединенными конденсаторами. Стоит помнить и про разброс номиналов конденсаторов, который может привести к значительным перенапряжениям на некоторых из них.

Особенностью последовательного соединения ЭК является то, что параллельно каждому ЭК необходимо установить балластный резистор для устранения перекоса напряжения из-за разности токов утечки конденсаторов. Номиналы уравнивающих резисторов можно рассчитать по формуле:

где С — емкость в мкФ, R — сопротивление в кОм.

Формула 17 выведена на основании известного соотношения для тока утечки I_L = k × C × U_R, где константа k = 3 × 10^-3. Ток резистора I_R должен быть значительно больше тока утечки ЭК, который имеет разброс и зависит от условий эксплуатации. Обычно ток балластного резистора превышает номинальное значение тока утечки ЭК в 10…20 раз. Часто оказывается, что правильно рассчитанный уравнивающий резистор рассевает довольно большую мощность и с этим приходится мириться.

На ЭК присутствует также переменное напряжение пульсаций. Резисторы обеспечивают уравнивание для постоянного тока и низких частот. На частотах порядка сотен герц и выше коэффициент деления напряжения определяется только соотношением емкостей.

Причины отказов ЭК

Основная причина деградации и выхода из строя ЭК — диффузия электролита через изолятор. Этот процесс ускоряется с ростом температуры и в основном определяет срок службы конденсатора.

Ниже некоторые причины, способные привести к преждевременному отказу ЭК:

Переохлаждение (обычно ниже –30 °С). Приводит к резкому росту ESR и падению емкости.
Перегрев (повышенная температура окружающей среды или превышение допустимого тока пульсаций). Приводит к росту ESR и тока утечки, падению емкости.
Превышение рабочего напряжения. Приводит к росту ESR и падению емкости.
Переходные перенапряжения. Могут привести к повышению тока утечки и внутреннему короткому замыканию ЭК.
Воздействие высоких частот. Может привести к изменению емкости и ESR.
Обратное напряжение. Может привести к повышению тока утечки, потере емкости, увеличению ESR, сокращению срока службы.
Механические вибрации. Приводят к внутреннему короткому замыканию, увеличению тока утечки, потере емкости.

Выбор и расчет ЭК

Среднеквадратичное значение тока пульсаций I_RMS

Этот наиболее важный параметр, который приходится оценивать при анализе практически любой схемы, в состав которой входят ЭК. Именно значение I_RMS определяет в основном потери в ЭК. Поэтому ведущие производители конденсаторов приводят в своих технических данных предельное значение I_RMS, а не допустимую амплитуду напряжения пульсаций, как это принято в наших ТУ.

Рассмотрим для примера работу двухполупериодного выпрямителя, схема которого приведена на рис. 6. Первичное напряжение — 50 Гц, 220 В. Сопротивление нагрузки — 80 Ом, емкость конденсатора — 500 мкФ

Рис. 6. Однофазный выпрямитель

На рис. 7 показаны токи конденсатора — импульсный I_cpp и среднеквадратичный I_rmsc (вверху), напряжение на конденсаторе и выходное напряжение выпрямительного моста при отсутствии сглаживания (внизу). Предположим, что потерь в схеме нет. Заряд конденсатора начинается, когда выпрямленное напряжение превышает напряжение на ЭК. Разряд идет практически линейно. Пусть t1 — время начала заряда, t2 — время начала разряда, t3 — время начала следующего периода заряда, то есть t3 = t1 + T.

Рис. 7. Эпюры напряжений и токов однофазного выпрямителя

(310 В — амплитуда входного напряжения).

Пиковый ток конденсатора I_cpp (момент времени t1):

Ток разряда I_d определяется из соотношения:

Ток заряда ЭК имеет треугольную форму. Его среднеквадратичное значение I_rms:

Среднеквадратичное значение тока разряда I_rmsd:

Общее среднеквадратичное значение тока:

При выборе номинала конденсатора мы должны учитывать не только требования, предъявляемые к схеме, в которой он установлен, но и требования, предъявляемые к режимам работы самого ЭК. Причем последние, как правило, оказываются строже. Необходимо также учитывать разброс номиналов, временные изменения параметров и помнить о том, что ЭК должен оставаться в пределах заданных допусков в течение всего срока службы.

Обычно расчет номинала ЭК включает следующие действия:

выбирается номинал конденсатора, обеспечивающий необходимую мощность нагрузки или заданное минимальное выпрямленное напряжение;
найденное значение корректируется с учетом разброса номинала, временного и температурного изменения номинала;
из каталога выбирается ближайшее минимальное значение номинала конденсатора;
рассчитывается среднеквадратичное значение тока пульсаций для нового конденсатора, определяется температура нагрева ЭК и срок его службы.

Рассмотрим для примера методику выбора ЭК для простейшей схемы двухполупериодного выпрямителя, приведенной на рис. 6. Для упрощения расчета предположим, что диоды и сглаживающая емкость идеальные и схема не содержит паразитных сопротивлений. ЭК заряжается до амплитудного значения питающего напряжения, равного примерно 310 В. Форма напряжения на конденсаторе и токи через него приведены на эпюрах рис. 7. Для выбора номинала ЭК прежде всего необходимо знать параметры нагрузки. Иногда вместо сопротивления нагрузки задается потребляемая мощность P. Сопротивление нагрузки в этом случае можно определить из соотношения R = U²/P, где U — среднее значение выпрямленного напряжения.

Упрощенная методика расчета основана на положении, что падение напряжения на ЭК начинается на максимуме и происходит линейно, так как используется начальный участок экспоненты разряда.

Зададимся минимальным значением выпрямленного напряжения U_min = 250 В, что соответствует мощности примерно 750 Вт на сопротивлении нагрузки 80 Ом. Минимальное напряжение U_minприсутствует на ЭК в момент времени

Максимум напряжения имеет место при t2 = 5 × 10^-3 + n × T , где Т = 10 мс — период выпрямленного напряжения. Постоянная времени RC определяется по формуле:

Откуда C = 437 мкФ.

Учитывая допуск (10%), мы должны соответственно увеличить номинал в 1,1 раза (С = 480 мкФ).

Конденсатор должен быть рассчитан на постоянное напряжение 350 В и выше. RIFA приводит в своих характеристиках для таких конденсаторов так называемый фактор старения (aging factor) γ = 1 – 0,1 = 0,9. Коррекция значения емкости дает С = 530 мкФ.

Номинал ЭК необходимо также изменить с учетом уменьшения емкости при снижении температуры. Например, при –40 °С температурный коэффициент k_t = 0,94. Следовательно, С = 564 мкФ. Таким образом, окончательное табличное значение номинала ЭК — 560 мкФ. Естественно, что минимальное выпрямленное напряжение при этом конденсаторе будет больше, чем 250 В.

Наконец мы приступаем к самому главному — к нахождению среднеквадратичного тока I_RMS. Он максимален при максимальном значении номинала ЭК, который будет у нового конденсатора C_newопределяться допуском (+30%) и температурным коэффициентом (1,05 при 105 °С).

Используя формулы 18 и 19, определим новые значения t3 и U_min: t3 = 13,5 мс и U_min = 270 В. Исключив из t3 значение периода (10 мс), получим t3 = 3,5 мс.

Воспользуемся выражениями для I_cpp и I_d, приведенными выше, и найдем среднеквадратичные значения токов.

Все приведенные выше формулы и расчеты предназначены, во-первых, для лучшего понимания, а во-вторых, для людей, которые умеют и любят считать.

Более простой и быстрый способ получения значения I_rmsс(и, соответственно, более подходящий для инженеров) — моделирование схемы на PSPICE. Нарисовав с помощью схемного редактора свою схему и задав соответствующие значения сопротивления нагрузки и сглаживающей емкости, вы можете мгновенно получить график среднеквадратичного значения тока конденсатора: RMS(Ic). Необходимо только учесть, что для быстрого получения установившегося значения среднеквадратичного тока следует задать соответствующее начальное напряжение на конденсаторе.

Однако мало найти среднеквадратичный ток через конденсатор, гораздо важнее выяснить, способен ли ЭК выдержать такой ток. Мы уже приводили значения тепловых сопротивлений для ЭК, имеющих различные размеры. В нашем случае (размер А35/51):

Температура ЭК определяется рассеваемой мощностью, а она, в свою очередь, зависит от I_rmsс и ESR. Мы хотим, чтобы температура в самой нагретой точке ЭК составляла не более 105 °С. Если мы продолжим расчеты, то увидим, что перегрев ЭК оказывается совершенно недопустимым. Это наглядный пример того, как номинал конденсатора, удовлетворяющий техническим требованиям, предъявляемым к схеме, оказывается совершенно непригодным с точки зрения параметров ЭК. Поэтому для снижения тока вместо одного конденсатора 560 мкФ мы включим параллельно два по 470 мкФ и снизим тем самым Irmsc до 5 A.

Мощность, рассеиваемая в конденсаторе Pc и перегрев ΔT:

Значит, максимальная температура окружающей среды T_a должна быть не выше

Предельное состояние конденсатора наступает, когда ESR возрастает более чем в 2 раза по сравнению с начальным значением. Предположим, что это случится, когда емкость ЭК будет иметь минимальное значение. В наихудшем случае конденсатор работает при предельной температуре. Тогда емкость C_old:

где 1,05 — коэффициент коррекции емкости при высокой температуре.

В этом случае I_rmsold = 4,8 A

Значит, в конце срока службы температура окружающей среды не должна превышать 12 °С. В противном случае срок службы ЭК будет много меньше паспортного значения. Таким образом, новый конденсатор может работать при Т_a = 55 °С и температура перегрева будет 105 °С, а срок службы L_op = 30000 часов. Если при такой же температуре будет работать «старый» ЭК, его температура перегрева будет 148 °С. Воспользовавшись формулой для срока службы, мы получим, что L_op = 2500 часов.

ESR увеличивается со временем, что приводит к росту температуры ЭК и сокращению срока службы. Однако одновременное снижение емкости уменьшает I_rmsc, что несколько уравновешивает эффект от роста ESR.

Расчет L_op с учетом всех факторов чрезвычайно сложен, поэтому фирма EVOX RIFA предложила упрощенную методику с использованием графиков, отражающих основные зависимости параметров ЭК (см. рис. 8).

Пример: рассчитать для схемы однофазного выпрямителя минимальный срок службы ЭК с параметрами 470 мкФ, 400 В, 105 °C, размером 35×50, при условии, что температура окружающего воздуха — 40 °С.

Из справочных данных берется ESR для 20 °С и 100 Гц и пересчитывается с учетом частотного коэффициента k_f (рис. 8.4). В нашем случае k_f = 1. ESR = 190 мОм.
Рассчитывается среднеквадратичное значение тока пульсаций (I_rmsc = 5 A при установке двух ЭК в параллель), мощность потерь (4,7 Вт) и перегрев (50 °С). Эти цифры уже были получены в данной главе. При расчете мощности в том случае, если используется принудительное охлаждение, необходимо исправить значение теплового сопротивления с учетом (рис. 8.3)
Найденное значение ESR изменяется с учетом температурного коэффициента k_t (рис. 8.5, кривая 2) при температуре перегрева для нового конденсатора T_hs = T_a + ΔT = 90 °С, k_t = 0,8 – ESR = 190 × 0,8 = 152мОм. Теперь можно откорректировать значение температуры перегрева: T_hs = T_a + ΔT = 40 °С + P_c × Rth = 40 + 25 × 0,152 × 10,6 = 80 °С
По (рис. 8.6) определяется срок службы Lop при температуре T_hs = 80 °С – L_op

≅ 15000.

Уточняется значение срока службы с учетом коэффициента нагрузки по напряжению k_u = 310/400 = 0,78 по формуле (10) при n = 5 – L_op = 15000/(0,78)5 = 50000.

Заключение

Отметим, что электролитические конденсаторы долгое время не имели альтернативы для применения в силовых преобразователях благодаря высокой удельной емкости. В последнее время ситуация изменяется благодаря созданию принципиально новых технологий производства конденсаторов MPP, SMKP и MKP. Данные технологии были разработаны в компании ELECTRONICON Kondensatoren — одном из ведущих европейских предприятий, изготавливающих конденсаторы для силовых применений.

Конденсаторы MKP содержат металлизированные с двух сторон бумажные электроды с полипропиленовым диэлектриком, пропитанные маслом. Этот тип емкостей имеет низкое значение эквивалентной последовательной индуктивности (ESL), он специально разработан для использования в силовых шинах питания. Конденсаторы рассчитаны на работу при напряжении до 1300 В и имеют максимальную емкость 1500 мкФ. По сравнению с обычными ЭК с алюминиевой фольгой, СМКП способны работать при гораздо большем значении тока пульсаций. Основой почти всех конденсаторов ELECTRONICON является так называемый самовосстанавливающийся диэлектрик. На месте электрического пробоя в течение нескольких микросекунд испаряется слой металла и удаляется из центра пробоя. В результате образуется свободная от металла изолированная зона, предохраняющая от пробоя. В процессе и после пробоя конденсатор остается полностью работоспособным.

В таблице 2 приведены основные сравнительные характеристики стандартных ЭК с алюминиевой фольгой и конденсаторов MKP с полипропиленовым диэлектриком. Отметим, для того чтобы набрать аналогичный номинал (1100 мкФ) и обеспечить рабочее напряжение более 1100 В, необходимо соединить параллельно-последовательно 9 емкостей НР3! Таким образом, разница в цене (конденсаторы MKP, конечно, пока еще гораздо дороже стандартных) для высоковольтных применений может оказаться несущественной.

На рис. 1 показан модуль SEMISTACK разработанный фирмой SEMIKRON и предназначенный для применения в ветрогенераторе мощностью свыше 1 МВт. Модуль содержит конвертор и инвертор на интеллектуальных силовых модулях Trench IGBT SKiiP2403GB172 с рабочим напряжением 1700 В, размещенных на теплоотводе с жидкостным охлаждением и блок конденсаторов 2 9 [3 9 (4 9 3 последовательно)] емкостью 3300 мкФ. Номинальные емкости и количество конденсаторов в сборке рассчитаны для получения уровня тока пульсаций, обеспечивающего высокую надежность изделия. На рисунке видны полумостовые модули SKiiP, снабберные емкости и многослойные силовые шины питания с установленными на них электролитическими конденсаторами. Непосредственно на выводах конденсаторов размещены балластные резисторы, имеющие специальные полосковые выводы. Такая конструкция обеспечивает высокую стойкость к механическим воздействиям и минимальные габариты.

Tаблицa 2. Oсновные сравнительные характеристики стандартных ЭК

На рис. 9 приведены сборки SEMISTACK, разработанные для стандартных применений. Разработка и изготовление таких модулей, а также модулей на заказ является одним из приоритетных направлений работы SEMIKRON. В новейших сборках, разработанных в последние годы, стандартные ЭК практически полностью заменены на MKP. Это позволило повысить надежность изделий, уменьшить их габариты.

Рис. 9. Сборки SEMISTACK SEMIKRON для стандартных применений

Литература

Hitachi AIC Compact Aluminium-Electrolytic Capacitors.
RIFA Electrolytic Capacitors. Theory and Application.
А. Колпаков. Топология частотных преобразователей средней и большой мощности // Компоненты и Технологии. 2002. № 2.
А. Колпаков. Особенности проектирования частотных преобразователей средней и большой мощности // Электронные компоненты. 2003. № 6.

2.2. Примеры расчета выпрямителя с емкостным фильтром

Исходными данными для расчета выпрямителя при нагрузке, начинающейся с емкостного элемента, являются: напряжение питающей сети ; число фаз питающей сети (m); частота питающей сети ; выпрямленное напряжение; выпрямленный ток.

Пример 1. Рассчитать однофазный выпрямитель, создающий на нагрузке постоянное напряжение = 5 В при токе= 0,1 А. Напряжение питающей сети переменного тока= 220 В, частота сети= 50 Гц. Заданный коэффициент пульсаций выпрямителя по первой гармонике=0,01.

Решение:

1. Найдем сопротивление нагрузки выпрямителя

(Ом)

При этом полезная мощность в нагрузке

(Вт)

2. В качестве схемы выпрямления выбираем однофазную двухполупериодную схему со средней точкой (схема Миткевича), которая может быть рекомендована для использования в низковольтных устройствах малой мощности, когда напряжение на нагрузке сравнимо с падением напряжения на диоде.

3. Для выбранной схемы выпрямления определяем средний ток вентиля, значение обратного напряжения на вентиле и максимальное значение тока через вентиль по приближенным формулам (см. таблицу 2.1)

(А),

(В),

(А).

Выбираем в качестве вентилей диоды BAS116 [22]: = 0,25 А,= 80 В,= 85 В, в этом случае имеем хороший запас по обратному напряжению. Вольт-амперная характеристика диодаBAS116 приведена на рис. 2.11 (приводится из технических данных на диод [22]).

Рис. 2.11. Вольт-амперная характеристика диода BAS116.

Аппроксимируем типовую ВАХ диода до кривой вида 3 (см. рис. 1.10, б), определив = 0,8 В,= 1,05 В,= 0,15 А. Тогда внутреннее сопротивление вентиля согласно формуле (1.5):

(Ом)

4. Ориентировочные значения активного сопротивления обмоток и индуктивности рассеяния трансформатора, приведенные к фазе вторичной обмотки, определяем согласно (1.2) и (1.3) и данным таблицы 2.1:

(Ом),

(мГн)

Принято: амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе – 1 Тл, число стержней трансформатораs = 1, p = 2.

5. Активное сопротивление фазы выпрямителя r (таблица 2.1)

(Ом)

6. Для правильного расчета выпрямителя необходимо учесть пороговое напряжение диода = 0,8 В, для чего следует пересчитать напряжение на нагрузке согласно формуле (2.28):

(В)

Коэффициент для схемы со средней точкой равен – 1, так как за каждый период питающего напряжения проводит только один вентиль.

Определяем значение параметра режима А по (2.13)

Воспользуемся возможностями пакета MathCAD для нахождения угла отсечки [23]:

Таким образом, в градусах составляет 54,4.

7. Относительное реактивное сопротивление фазы согласно (2.21)

при этом угол порядка 1,5.

Реактивным сопротивлением фазы в данном случае можно пренебречь и провести дальнейший расчет по аналитическим выражениям, считая x = 0.

8. Действующее значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора найдем с учетом выражения (2.14)

(В)

Амплитудное значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора:

(В)

9. Уточняем значение обратного напряжения диода (см. табл. 2.1):

(В)

10. Вычисляем действующее значение тока вторичной обмотки (2.15):

(А)

11. Эффективное значение тока через вентиль равно действующему значению тока вторичной обмотки в выбранной схеме со средней точкой (см. табл. 2.1):

= 0,1 (А)

12. Уточняем значение импульса тока через вентиль (2.16):

(А)

13. Находим коэффициент трансформации (2.22):

14. Вычисляем действующее значение тока первичной обмотки (см. табл. 2.1):

(А)

15. Определяем мощности вторичной и первичной сторон трансформатора

(ВА)

16. Вычисляем точное значение габаритной мощности трансформатора (см. табл. 2.2):

(ВА)

17. Коэффициента использования трансформатора по мощности:

18. Определяем емкость конденсатора исходя из обеспечения требуемого коэффициента пульсаций по первой гармонике из (2.19):

(мкФ)

Требуемая емкость конденсатора с учетом допустимого отклонения емкости в пределах ±20%: С ≥ 4 540 (мкФ).

19. Для приближенного расчета переменной составляющей тока всех вентилей, проходящей через выходной конденсатор выпрямителя, воспользуемся формулой (2.17). Действующее значение первой гармоники тока через конденсатор на частоте =100 Гц:

(А)

Следовательно, допустимое действующее значение тока пульсации для выбранного типа ЭК должно составлять не менее 0,1 А при максимальной рабочей температуре ЭК и частоте 100 Гц.

20. Напряжение холостого хода выпрямителя (2.25) с учетом порогового напряжения диода :

(В)

По данным таблицы 1.2 выбираем стандартный номинал рабочего напряжения ЭК = 10 В.

21. Решение задачи выбора типа ЭК удовлетворяющего заданным параметрам на практике довольно часто оказывается неоднозначным, поскольку при ее решении необходимо учитывать множество аспектов. Поясним это на примере данной задачи.

При поиске ЭК будем исходить из требуемого = 10 В и допустимого тока пульсации ЭК порядка 0,1 А. Обратимся к каталогу зарубежной фирмы EPCOS, на сайте http://www.epcos.com находим раздел Product Search в котором возможен параметрический поиск элементов, производимых фирмой. Далее выбираем раздел – конденсаторы (Capacitors) и осуществляем поиск среди алюминиевых ЭК (Search all Aluminum Electrolytic Capacitors). В окне задания требуемых параметров ЭК выбираем =10 В. Поскольку габариты конденсатора пропорциональны его току пульсации , то выбираем ЭК с минимальными габаритами: диаметр – 4 мм, длина – 5,4 мм. Данным поиска отвечают только ЭК из серии B41112 (рис. 2.12), имеющие допуск по емкости M (±20%) и SMD исполнение, т.е. предназначены для печатного монтажа.

Рис. 2.12. Окно вывода результатов параметрического поиска ЭК.

В окне вывода результатов поиска (show results) можно скачать файл технической документации в формате pdf. В файле документации [24] находим данные ЭК на = 10 В (рис. 2.13). Так как величины токов пульсаций ЭК приведены для частоты 120 Гц, то следует учесть коэффициент пересчета (frequency multiplier for rated ripple current) на частоту 100 Гц. В файле документации указан коэффициент пересчета – 0,7 для частоты 50 Гц (см. рис. 2.13). Величину коэффициента пересчета для частоты 100 Гц следует выбрать в диапазоне 0,85 ÷ 0,95.

Рис. 2.13. Данные ЭК серии B41112 на = 10 В.

Очевидно, что если выбрать ЭК на требуемый ток пульсации порядка 0,1А, то его емкость С будет значительно меньше требуемой. Если же выбрать ЭК исходя из требуемой емкости С, при этом возможно параллельное соединение ЭК:

, ,

то общий ток пульсации значительно превысит требуемый.

Обратимся к каталогам других производителей ЭК. Например, стандартные серии ЭК (HP3, HU3, HU4, HU5 и ряд др.) с выводами типа “snap-in” фирмы Hitachi начинаются только с рабочих напряжений 16 В, при этом данные ЭК рассчитаны на токи пульсации от нескольких ампер и более. Аналогичная ситуация и с ЭК требуемых и С других производителей (см. таблицу 2.3).

Таблица 2.3.

Фирма	Серия	, В	С, мкФ	, А (85º С)	Габариты D x L, мм
Hitano	ECR	10	10 000	1,66 (120 Гц)	16 х 36
Hitano	ELP	10	10 000	2,16 (120 Гц)	22 x 30, 25 x 25
Evox Rifa	PEH 169	10	10 000	6,08 (100 Гц)	35 x 51

Таким образом, в данном случае разработчику придется выбрать параллельное соединение нескольких ЭК или один ЭК с завышенными параметрами (С или ). В любом случае, при обеспечении требуемого коэффициента пульсаций , величина тока пульсации ЭК будет значительно завышена. Массогабаритные показатели ФУ при этом ухудшатся, но улучшатся надежностные, увеличится срок службы ЭК, так как имеем хороший запас по току.

Из приведенного примера видно, что конечный выбор ЭК будет определяться множеством аспектов – требованиями к фильтрующему устройству, минимизации габаритов, требуемым сроком службы ЭК, технологическим, ценовым и другими факторами.

Пример 2. Рассчитать выпрямитель, создающий на нагрузке постоянное напряжение = 50 В при токе= 1,0 А. Параметры сети: трехфазная с «0», напряжение питающей сети переменного тока 220/380 В, частота сети= 50 Гц. Коэффициент пульсаций выпрямителя по первой гармонике=0,025.

Решение:

1. Найдем сопротивление нагрузки выпрямителя

(Ом)

При этом полезная мощность в нагрузке

(Вт)

2. В качестве схемы выпрямления выбираем однофазную мостовую схему (схема Греца), которая характеризуется высоким коэффициентом использования трансформатора по мощности.

(А),

(В),

(А).

Выбираем в качестве вентилей выпрямительные диоды 1N4002 [12], которые характеризуются хорошей перегрузочной способностью по току: = 1 А,= 30 А,= 100 В,= 1,1 В,= 0,6 В. Подсчитаем внутреннее сопротивление вентиля согласно формуле (1.5):

(Ом)

(Гн)

Принято: амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе – 1 Тл, число стержней трансформатораs = 1, p = 2.

5. Активное сопротивление фазы выпрямителя r (таблица 2.1)

(Ом)

6. Поскольку выпрямленное напряжение 50 В, то в дальнейшем расчете пренебрежем пороговым напряжением диодов. Определяем значения основного расчетного параметра А по (2.13)

Воспользуемся возможностями пакета MathCAD для нахождения угла отсечки [23]:

Таким образом, рад, что в градусах составляет 40.

7. Относительное реактивное сопротивление фазы согласно (2.21)

при этом угол равен 19,3.

Таким образом, величина реактивного сопротивления фазы сопоставима с активным сопротивлением и данные расчета по аналитическим выражениям, когда предполагается x = 0, и по графическим зависимостям (рис. 2.5 – 2.8) будут несколько отличаться.

8. Действующее значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора согласно (2.14)

(В),

исходя из графических зависимостей (рис. 2.5) оно несколько больше за счет падения напряжения на реактивном сопротивлении фазы:

и (В).

Индексом “” будем обозначать значения, полученные из графических зависимостей.

9. Уточняем значение обратного напряжения диода (см. табл. 2.1):

(В) < = 100 (В)

10. Вычисляем действующее значение тока вторичной обмотки (2.15):

(А),

исходя из графических зависимостей (рис. 2.6):

и (А)

11. Эффективное значение тока через вентиль (см. табл. 2.1):

(А)

12. Уточняем значение импульса тока через вентиль (2.16):

(А),

исходя из графических зависимостей (рис. 2.7):

и (А) <= 30 (А)

13. Находим коэффициент трансформации (2.22):

14. Вычисляем действующее значение тока первичной обмотки (см. табл. 2.1):

(А)

15. Определяем мощности первичной, вторичной сторон и значение габаритной мощности трансформатора (см. табл. 2.2):

(ВА)

16. Коэффициента использования трансформатора по мощности:

0,682

17. Определяем емкость конденсатора исходя из обеспечения требуемого коэффициента пульсаций по первой гармонике из (2.19):

(мкФ)

исходя из графических зависимостей (рис. 2.8) получим немного меньшее значение: при этомC 2000 (мкФ).

Требуемая емкость конденсатора с учетом допустимого отклонения емкости в пределах ±20%:

C ≥ 2400 (мкФ).

18. Для приближенного расчета переменной составляющей тока всех вентилей, проходящей через выходной конденсатор выпрямителя, воспользуемся формулой (2.17). Действующее значение первой гармоники тока через конденсатор на частоте =100 Гц:

(А)

Следовательно, допустимое действующее значение тока пульсации для выбранного типа ЭК должно составлять не менее 1,2 А при максимальной рабочей температуре ЭК и частоте 100 Гц.

19. Напряжение холостого хода выпрямителя (2.25):

(В)

По данным таблицы 1.2 выбираем стандартный номинал рабочего напряжения ЭК = 80 В.

20. Найдем требуемый тип ЭК, при этом будем исходить из = 80В и емкости С ≥ 2400 мкФ. Обратимся на сайт http://www.epcos.com к разделу параметрического поиска. В окне задания требуемых параметров ЭК выбираем = 80 В, ближайшее значение к требуемой емкости – 2700 мкФ. Данным поиска отвечают только ЭК серии B41231, имеющие допуск по емкости M (±20%). В окне вывода результатов поиска (show results) сохраняем файл технической документации в формате pdf. В файле документации [17] находим данные ЭК на = 80 В и С = 2700 мкФ (рис. 2.14, а), там же приводятся зависимости коэффициента пересчета (frequency factor) от частоты (рис. 2.14,б).

Получим для ЭК с габаритами D = 22 мм, L = 40 мм:

(100 Гц, 60º С) =(120 Гц, 60º С) == 5,25 А,

(100 Гц, 85º С) = (120 Гц, 85º С) == 3,75 А.

Таким образом, данный ЭК обладает завышенными параметрами по току пульсации: 5,25 А / 1,2 А = 4,375.

Выберем ЭК для случая параллельного соединения:

= 2400 / 4 = 600 мкФ,

т.е. требуется ЭК емкостью 560 мкФ (N = 5, = 2800 мкФ) или 680мкФ (N=4, = 2720 мкФ). Поскольку ЭК требуемой емкости на = 80 В среди серии B41231 нет, снова обратимся на сайт http://www.epcos.com к разделу параметрического поиска. Данным поиска: = 80 В, С = 680 (или 560) мкФ – отвечают только ЭК серии B41042, имеющие допуск по емкости M (±20%). В файле документации [25] находим данные ЭК на = 80В (рис. 2.15).

а) б)

Рис. 2.14. Данные ЭК серии B41231 на = 80 В.

Рис. 2.15. Данные ЭК серии B41042 на = 80 В.

ЭК серии B41042 (680 мкФ, D = 16 мм, L = 40 мм), по сравнению с ЭК серии B41231 (2700 мкФ, D = 22 мм, L = 40 мм), при меньшей емкости имеет сходные габариты и ток пульсации:

(100 Гц, 85º С) = (100 кГц, 105º С) = 2,9 А.

В этом случае целесообразно, с точки зрения минимизации габаритов и веса ФУ, выбрать единичный конденсатор серии B41231.

Обратимся к каталогам других производителей ЭК. Данные пригодных ЭК на требуемое = 80 В с емкостями ближайшими к С ≥ 2400 мкФ сведены в таблицу 2.4.

В каталоге Evox Rifa в большинстве серий номинал 80 В отсутствует, т.е. после ЭК на = 63 В сразу идут ЭК на= 100 В.

Таблица 2.4.

Фирма	Серия	, В	С, мкФ	, А	Габариты D x L, мм
Hitachi AIC	HCGH под “винт”	80	3 300	3,0 (120 Гц, 105ºС)	36 x 83
	HP3 “snap-in”	80	3 300	1,80 (120 Гц,85ºС)	22 x 50
				1,72 (120 Гц,85ºС)	25 x 40
				1,65 (120 Гц,85ºС)	30 x 30
				1,65 (120 Гц,85ºС)	35 x 25
	HU3 “snap-in”	80	3 300	1,19 (120 Гц, 105ºС)	25 x 50
	HU3 “snap-in”	80	3 300	1,11 (120 Гц, 105ºС)	35 x 30
Hitano	EHL	80	3 300	1,91 (120 Гц, 105ºС)	30 x 50, 35 x 40

Сравнивая параметры ЭК разных производителей, окончательно выбираем ЭК серии B41231 (EPCOS) емкостью C = 2700 мкФ и обладающего, при схожих габаритах, лучшим запасом по току: (100 Гц, 85º С) = 3,75 А. Для определения срока службы ЭК воспользуемся технической документацией [17], в которой приведены зависимости срока службы от параметров режима работы ЭК (рис. 2.16). Здесь (рис. 2.16) срок службы определяется исходя из токовых нагрузок и температуры окружающей среды.

Для данного примера:

(100 Гц) /(100 Гц, 85º С) = 1,2 / 3,75 = 0,32

При = 50º С получим срок службы больше 30 000 часов, точнее определить значение срока службы диаграмма рис. 2.16 не позволяет.

Более точное значение срока службы данного ЭК можно определить по другой методике. Поскольку для ЭК известен (120 Гц, 20ºC) = 0,20 (см. рис. 2.14, a) при этом 11,3º, то из формулы (1.14) получим:

(120 Гц, 20º C) = = 0,1 (Ом)

Рис. 2.16. Диаграммы зависимости срока службы ЭК от токовых нагрузок и температуры окружающей среды .

График частотной зависимости для ЭК серии B41231 приведен в его технических данных [17] (рис. 2.17). Поскольку (120 Гц)/ (100 Гц) 0,98 (рис. 2.17), то в дальнейших расчетах примем (100 Гц, 20º C) = 0,1 Ом.

Рис. 2.17. Частотные зависимости для ЭК серии B41231.

В файле документации [17] на серию B41231 данные о коэффициентах пересчета по температуре для отсутствуют, но поскольку в области рабочих температур от 20˚С до 85˚С величина меняется незначительно от номинальной и в сторону уменьшения (см. данные риc. 1.15), то будем считать (100 Гц, 20º – 85ºC) = 0,1 Ом. В этом случае будем иметь запас по мощности потерь.

Мощность потерь в ЭК согласно формуле (1.15):

= 0,144 (Вт)

Согласно данным рис. 1.16 для ЭК с габаритами D = 22 мм, L = 40 мм – тепловое сопротивление порядка = 19 ºС/Вт (приV = 0,5 м/сек). Тогда при = 50º С из формулы (1.17) получим:

3º C,

= 50º + 3º = 53º C.

Воспользуемся формулой (1.18) для оценки срока службы данного ЭК при = 50º С:

Здесь = 85º С,= 2000 часов, рабочее напряжениеВ.

При = 40º С – срок службы ЭК увеличится ровно в 2 раза:

Включение сглаживающих конденсаторов при повышенном высоком напряжении

Наконец-то наступает момент, когда можно приступить к рассмотрению законченных и имеющих практическое применение схем блоков высоковольтного и низковольтного источников питания. Так как к схеме предусилителя всегда предъявляются более жесткие требования, необходимо рассмотрение начать со схемы источника питания, предназначенного для предусилительных каскадов. После этого можно будет просто использовать уже рассмотренные в деталях блоки для применения в других низкочастотных каскадах.

Однако, прежде чем начать рассмотрение конкретных схем, необходимо разобраться с техническими требованиями к источникам питания и их разумному выбору.

Выбор высоковольтного напряжения

Хотя параметры источника питания должны задаваться таким образом, чтобы соответствовать требованиям нагрузки (то есть в нашем случае аудиоусилителя), предварительный расчет источника питания дает неплохую возможность оценить, как именно необходимо его спроектировать, чтобы обеспечить необходимую величину питающего напряжения и при этом избежать ситуации, когда предъявляемые к техническим характеристикам блока питания чрезмерные требования приведут к слишком большим расходам на этапе практического воплощения его схемы.

В современной аппаратуре, включая как бытовую технику, так и компьютеры, с целью снижения себестоимости, уменьшения массо-габаритных показателей, на сегодняшний день наиболее часто используются не линейные, а импульсные источники питания. В импульсных источниках питания сетевое напряжение выпрямляется непосредственно (без трансформации), на выходе выпрямителя используется накопительный конденсатор. В Европе напряжение сетевого питания варьируется от 220 до 240 В, что приводит к значению напряжения на выходе выпрямителя порядка 325 В постоянного тока. В силу этого конденсаторы, рассчитанные на рабочее напряжение 385 В и имеющие небольшую собственную индуктивность, оказываются вполне доступными как по их номенклатуре, так и по стоимости, что делает их применение оправданным. Благодаря этой причине, конденсаторы, рассчитанные именно на рабочее напряжение 385 В являются наиболее ходовыми из относительно высоковольтных.

Итак, именно выбор рабочего напряжения сглаживающего накопительного конденсатора зачастую определяет верхний порог выбора питающего анодного напряжения усилителя. Исходя из вышесказанного, на начальном этапе проектирования можно считать, что в наличии есть выпрямленное напряжение 230 В на вторичной обмотке трансформатора и электролитический конденсатор на рабочее напряжение 385 В (как наиболее доступный) постоянного тока в качестве накопительного. При таком выборе питающего напряжения, вполне реализуема простейшая схема мостового выпрямления, нагруженная на один из сглаживающих фильтров, рассмотренных выше. С учетом падения напряжения на стабилизаторах напряжения и развязывающих демпферах, установленных между отдельными каскадами, можно предположить, что окончательное значение высоковольтного напряжения на лампах каждого каскада можно принять равным примерно 285 В. Именно по этой причине большинство схем, рассчитывались исходя из значения высокого напряжения 285 В.

Время от времени при проектировании усилителей возникает потребность применять более высокие значения питающего напряжения, однако, это вызывает дорогостоящие последствия, что станет вполне очевидным из следующего раздела.

В случаях, когда необходимо использовать более высокое значение высокого напряжения, например напряжения 430 В для пары ламп EL34, то сглаживающий конденсатор, рассчитанный на рабочее напряжение 450 В (такие конденсаторы также доступны в продаже), зачастую будет оказываться под более высоким напряжением в случае, если сетевое напряжение вдруг возрастет на 10% (значение, которое допускается существующими нормами на электросети). Существует два варианта избежать пробоя конденсатора: либо использовать конденсатор, рассчитанный на более высокие значения рабочего напряжения, который, как правило, будет бумажным или пленочным пластиковым типом конденсаторов, имеющих невысокое значение емкости, либо использовать последовательное включение одинаковых по емкости электролитических конденсаторов, чтобы получить необходимое значение результирующего рабочего напряжения такой конденсаторной батареи.

В случае, когда два конденсатора включены последовательно, ток, протекающий по ним, будет одинаковым, а заряды, накопленные на их обкладках, также будут равны (так как Q = It). Если значения емкости конденсаторов будут равны, то будут равны и напряжения на них (Q = CV).

К сожалению, даже если емкости конденсаторов будут равны, маловероятно, что значения токов утечки отдельно взятых электролитических конденсаторов окажутся равными, поэтому падения напряжения на конденсаторах также окажутся не равными друг другу. С целью выровнять падения напряжений и предохранить каждый конденсатор от превышения допустимого рабочего напряжения на нем, параллельно каждому конденсатору необходимо будет включить резистор (рис. 6.40), поэтому образующаяся цепь делителя напряжения заставит падения напряжения на конденсаторах быть равными.

Рис. 6.40 Стабилизирующие резисторы выравнивают падения напряжения на конденсаторах

Для того, чтобы гарантировать правильную работу, по цепи делителя напряжения должен будет протекать ток, величина которого должна, по крайней мере, в десять раз превышать ожидаемое значение токов утечки конденсаторов. Для этих целей чаще всего используются резисторы с сопротивлением 220 кОм. Исходя из этого, а также из требуемого тока делителя, необходимо рассчитать требуемую мощность рассеяния резисторов. Разумеется, — рассеяние этих резисторов является бесполезными потерями энергии.

Гораздо более рациональным способом является использование двух раздельных высоковольтных обмоток трансформатора с соответствующими цепями выпрямления и сглаживания пульсаций, и последовательным включением результирующих плавающих выходных напряжений для получения необходимого значения высоковольтного напряжения (рис. 6.41). Этот способ гарантирует, что напряжение на каждом из конденсаторов не превысит допустимого рабочего значения, однако, конструкция силового трансформатора при этом заведомо усложнится.

Необходимость разряда высоковольтных конденсаторов

В обеих предыдущих схемах, используемых для получения составного высоковольтного конденсатора, предназначенного для работы при напряжениях, превышающих значения рабочих напряжений каждого из отдельных конденсаторов, оказалось, что у одного из конденсаторов его отрицательный вывод будет отсоединен от шины с потенциалом земли. Это обстоятельство имеет очень большое значение, так как потенциал металлического корпуса электролитического конденсатора почти не отличается от потенциала его минусового вывода. Таким образом, корпуса при повышенных напряжениях должны быть не только изолированы от земляной шины (или шасси), но так же должны быть изолированы соответствующим образом, чтобы не допустить поражения электрическим током при случайном прикосновении к ним.

Рис. 6.41 Схема высоковольтного, превышающего значение 340 В, источника выпрямленного напряжения с электролитическими конденсаторами

Высоковольтный источник питания представляет собой источник повышенной электрической опасности, поэтому необходимо, чтобы всегда предпринимались меры для полного разряда накопительного и других сглаживающих конденсаторов после выключения питания оборудования. Следовательно, в каждом высоковольтном источнике питания должна быть предусмотрена цепь с чисто омическим сопротивлением, подключенная к точке с нулевым потенциалом и обеспечивающая стекание заряда с конденсаторов. Наиболее простым способом осуществить эту цель является подключение резистора с сопротивлением 220 Ом и мощностью рассеяния 2 Вт параллельно выводам накопительного электролитического конденсатора (как это было сделано в предыдущем случае), который не только разряжает этот конденсатор, но также разряжает последовательно включенные высоковольтные конденсаторы.

Расчет конденсаторов шины питания мощных преобразовательных устройств Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Компоненты и технологии, № 2’2004 Компоненты

Расчет конденсаторов шины питания

мощных преобразовательных устройств

Андрей Колпаков

[email protected]

О!

собенностям топологии и конструкции преобразователей высокой мощности посвящено достаточно много литературы (см., например, [3, 4]). Технология выполнения соединений имеет решающее значение в устройствах, коммутирующих с высокими скоростями токи в десятки, сотни и даже тысячи ампер. Именно такие режимы работы характерны для современных мощных импульсных устройств, использующих в качестве силовых ключей транзисторы МО8БЕТ или ЮБТ. Неправильно выполненная топология шин, высокое значение распределенных паразитных индуктивностей проводников приводит к появлению импульсных перенапряжений, что подчас является причиной отказа силовых полупроводников. Распределенные параметры шин достаточно сложно поддаются расчету или измерению, серьезной проблемой является анализ уровня переходных перенапряжений, особенно в предельных режимах, таких, как режим аварийного отключения транзисторов при коротком замыкании нагрузки.

боре электролитических конденсаторов (ЭК) для маломощных схем. Такая «невнимательность» совершенно недопустима при расчете конденсаторов силовой шины питания. Неграмотный выбор ЭК и неправильный расчет режимов его работы может заметно снизить надежность аппаратуры и стать причиной неожиданных отказов.

Потери в ЭК

Суммарные потери проще всего оценить, зная ток утечки II, среднеквадратичное (RMS) значение переменного тока I, текущего через конденсатор, и значения эквивалентных сопротивлений ЭК.

Компоненты и технологии, № 2’2004

Общее омическое сопротивление И состоит из сопротивления металла и электролита.

Диэлектрические потери пропорциональны энергии, запасенной в конденсаторе: = Си2/2. Мощность Р[, рассеиваемая в ЭК, может быть записана следующим образом:

Pj = f х WC + R x I2

(1)

где f — частота перезаряда конденсатора.

Условимся, что ток через ЭК имеет синусоидальную форму. В этом случае потери будут составлять:

Pj = f х C х U2/2 + R x I2 (2)

Поскольку I = ю x C x U, а ю = 2n x f, то

Pj = U x I(1/4n + 2n x R x C x f) =

= U x I(A + B x f) (3)

Сомножитель (A + B x f) представляет собой известный всем cos ф. Однако пользоваться углом ф неудобно, так как обычно он близок к 90°, поэтому при расчетах ЭК применяют угол 8 = 90 – ф, называемый углом потерь. Таким образом, tan 8 = sin (90 – ф)/cos (90 – ф) = sin (90 – ф) так как cos (90 – ф) = 1. Формула приобретает простой и понятный вид:

P. = U х I х tan 8

(4)

ESR, Ohm

1,2 1,0 0,8 0,6 0,4( Ри

1000 2000 3000 4000 5000 6000 Частота, Гц 2. Зависимость ESR от частоты

величину каждой гармоники. Однако, если низшие гармоники достаточно велики и частотно зависимый компонент мал по сравнению с омическим сопротивлением, расчет становится простым. Обычно на частотах свыше 500 Гц практически не зависит от частоты.

Р1 = I2 х (при f > 500 Гц) (7)

Температура перегрева ЭК зависит от и среднеквадратичного значения переменного тока I. Назовем температуру в наиболее нагретой точке конденсатора (точке перегрева) ТЬ5, а температуру окружающей среды — Та. В рабочем диапазоне перегрев является линейной функцией мощности потерь Р. Тогда справедливо следующее соотношение:

Ths = Ta + Rth Х P

(8)

Il x Uop

(9)

Ошибка, возникающая из-за принятой аппроксимации, несущественна для расчетов потерь ЭК, а измерение tan 8 намного проще, чем cos ф. Этот параметр называется тангенсом угла потерь и приводится в данных на ЭК.

Подставляя в (2) U = Р(ю x C), получаем:

Pj = I2(R + k/(4n2x f x C)) (5)

Таким образом можно определить RS или ESR — эквивалентное последовательное сопротивление, значение которого также приводится в технических характеристиках (по крайней мере у серьезных производителей).

RS = R + k/(4n2 x f x C) (6)

Как видно из уравнения (6), параметр RS является частотно зависимым. Примерный вид графика зависимости RS от частоты приведен на рис. 2. Это несколько затрудняет расчет потерь. Кроме того, если ток имеет сложный спектральный состав, необходимо знать

LopR = f(D) x 2(85

-Ths)/12

(12)

Диаметр (мм) f(D)

35 30000

50 35000

65 45000

75 60000

Lop определяется, как время, в течение которого параметры ЭК находятся в пределах определенных допусков. У каждой фирмы-производителя значения допусков свои. RIFA так определяет предельное состояние ЭК:

• Изменение емкости более 15%.

• Увеличение tanS более чем в 1,3 раза.

• Увеличение ESR более чем в 2 раза.

Когда большое количество ЭК (назовем

его N0) испытывается при заданных условиях, то через определенное время некоторые параметры ЭК подойдут к своему предельному значению. Количество ЭК, сохраняющих свои параметры в пределах допусков, — R(t) будет со временем становиться все меньше в соответствии с выражением:

где Я(11 — тепловое сопротивление «точка перегрева — окружающая среда». Некоторые дополнительные потери Рь создает и ток утечки !ь:

R(t) = N0 х e

(13)

где иор — рабочее напряжение, ия — предельно допустимое напряжение, ЬорК — срок службы ЭК при напряжении ия.

Показатель степени п = 5 при 0,8ия < и < ия; п = 3 при 0,5ия < и < 0,8ия. Это означает, что снижение рабочего напряжения на 21% увеличивает срок службы вдвое. Если и < 0,5 ия, срок службы практически не зависит от напряжения.

1п(Ьор) = А -Б х Т (11)

Надежность ЭК оказывается тем выше, чем выше его диаметр. Формула, учитывающая диаметр, имеет следующий вид:

где — частота отказов.

Вероятность отказа F(t) можно определить как:

F(t) = 1 – = 1 – е-“ (14)

где Б^) — вероятность, что 1 конденсатор прослужит время і

Можно также определить зависимость срока службы Ьор от вероятности отказа следующим образом:

Ьор= Щ х 1п1/(1 – F) =

= т х 1п1/(1 – F) (15)

где т — среднее время между отказами.

Ьор и X экспоненциально зависят от температуры: X возрастает, а Ьор — снижается.

Упрощенное выражение для выглядит следующим образом:

X = 2,5 Х 10-7 Х 2(Ths-

(16)

Для 105° конденсаторов в показателе степени надо заменить 85 на 105.

Тепловая модель электролитического конденсатора

Токи перезаряда конденсатора вызывают потери на его омическом сопротивлении. Потери также создаются за счет тока утечки и изменения напряжения на диэлектрике. Эти потери проявляются в повышении температуры ЭК — ДТ, пропорциональном мощности потерь Р.

AT = Rth х P

(17)

(Для конденсаторов, рассчитанных на 105° вместо 85° в показателе степени должно быть 105)., зависящее от размера, формы теплостока и способа охлаждения.

На тепловые режимы при импульсном характере работы влияние оказывает также тепловая емкость конденсатора Ctll, которая зависит от массы и материала ЭК. В модели ЭК такую емкость можно было бы установить параллельно каждому сопротивлению. Однако емкостью, параллельной Rthca, можно пренебречь из-за низкой теплоемкости воздуха.

Таблица 1. Тепловые сопротивления и тепловые емкости ЭК RIFA

Размер корпуса Rthhc, °C/^ Rthca, C/^ Cth, Дж/^

A/35х 51 0,8 9,8 68

B/35 х 60 0,8 9,0 81

C/35 х 75 1,0 8,2 101

D/35 х 95 1,3 7,6 127

H/50 х 75 0,6 5,7 205

J/50 х 95 0,6 5,2 260

K/50х105 0,7 5,1 287

O/65х105 0,4 3,8 486

R/65х145 0,7 3,5 671

L/75 х 78 0,5 3,6 482

T/75х105 0,4 3,3 647

U/75х115 0,5 3,2 708

V/75х145 0,7 3,0 893

X/75х 220 0,5 2,9 1351

M/90 х 78 0,5 2,9 692

N/90х98 0,5 2,6 868

Y/90х145 0,4 2,3 1283

0,5m з

0,5m 4

0,5m 5

на первый взгляд, никаких проблем. Однако проблемы существуют и связаны они в первую очередь с возникновением переходных помех при включении из-за паразитной индуктивности соединительных проводов.

На рис. 4 показано параллельное соединение 4 конденсаторов С1…С4 емкостью по 3300 мкФ.

В схему включены сопротивления и индуктивности подводящих проводов, паразитные индуктивности ЭК и сопротивления Я (КЯ). Эпюры напряжений в точке 5 схемы (см. рис. 5) даны для двух значений температуры — 20 и 85 °С. Разница в переходном напряжении (135 В для 20 °С и 165 В для 85 °С) объясняется тем, что изменяет свое значение от 22 мОм при 20 °С до 7 мОм при 85 °С. Величина перенапряжения зависит и от номинала конденсатора. Интересно, что пик напряжения практически не зависит от величины нагрузки. Это объясняется тем, что импеданс схемы очень низок по сравнению с нагрузкой. Следует отметить, что в реальных схемах, как правило, используется режим «плавного» заряда, что необходимо для ограничения зарядного тока конденсаторов. В этом случае перенапряжения при включении не наблюдается.

мнить и про разброс номиналов конденсаторов, который может привести к значительным перенапряжениям на некоторых из них.

Я = 1000/(0,015С) (17)

где С — емкость в мкФ, Я — сопротивление в кОм.

Формула 17 выведена на основании известного соотношения для тока утечки 1ь = к х х С х ия, где константа к = 3 х 10-3. Ток резистора 1я должен быть значительно больше тока утечки ЭК, который имеет разброс и зависит от условий эксплуатации. Обычно ток балластного резистора превышает номинальное значение тока утечки ЭК в 10. 20 раз. Часто оказывается, что правильно рассчитанный уравнивающий резистор рассевает довольно большую мощность и с этим приходится мириться.

Причины отказов ЭК

Основная причина деградации и выхода из строя ЭК — диффузия электролита через

Параллельное и последовательное соединение ЭК

Соединение ЭК используется для повышения емкости, увеличения допустимого напряжения или тока пульсаций и не вызывает,

Рис. 5. Эпюры напряжений при включении схемы

Компоненты и технологии, № 2’2004

изолятор. Этот процесс ускоряется с ростом температуры и в основном определяет срок службы конденсатора.

Ниже некоторые причины, способные привести к преждевременному отказу ЭК:

• Переохлаждение (обычно ниже -30 °С). Приводит к резкому росту Е8Я и падению емкости.

• Перегрев (повышенная температура окружающей среды или превышение допустимого тока пульсаций). Приводит к росту ЕвЯ и тока утечки, падению емкости.

• Превышение рабочего напряжения. Приводит к росту ЕвЯ и падению емкости.

• Переходные перенапряжения. Могут привести к повышению тока утечки и внутреннему короткому замыканию ЭК.

• Воздействие высоких частот. Может привести к изменению емкости и Е8Я.

• Обратное напряжение. Может привести к повышению тока утечки, потере емкости, увеличению ЕБЯ, сокращению срока службы.

• Механические вибрации. Приводят к внутреннему короткому замыканию, увеличению тока утечки, потере емкости.

Выбор и расчет ЭК

Среднеквадратичное значение тока пульсаций IRMS

Этот наиболее важный параметр, который приходится оценивать при анализе практически любой схемы, в состав которой входят ЭК. Именно значение 1КМ5 определяет в основном потери в ЭК. Поэтому ведущие производители конденсаторов приводят в своих технических данных предельное значение 1ЯМ5, а не допустимую амплитуду напряжения пульсаций, как это принято в наших ТУ.

Рассмотрим для примера работу двухполу-периодного выпрямителя, схема которого приведена на рис. 6. Первичное напряжение — 50 Гц, 220 В. Сопротивление нагрузки — 80 Ом, емкость конденсатора — 500 мкФ.

На рис. 7 показаны токи конденсатора — импульсный 1срр и среднеквадратичный 1гт5С (вверху), напряжение на конденсаторе и выходное напряжение выпрямительного моста при отсутствии сглаживания (внизу). Предположим, что потерь в схеме нет. Заряд конденсатора начинается, когда выпрямленное напряжение превышает напряжение на ЭК.

и — время начала заряда, t2 — время начала разряда, t3 — время начала следующего периода заряда, то есть t3 = и + Т.

и = 310 х 8Іп(ю х 1) = 310 х 8Іп(2л х 50 х 1) 11 = 32,8 мс, і2 = 35 мс, і3 = 42,8 мс

(310 В — амплитуда входного напряжения).

Пиковый ток конденсатора 1срр (момент времени и):

Icpp = C х dU/dt = 500 х 10-6 х 310 х х (2п х 50) х cos(2n х 50 х 32,8 х 10-3) = 28 A

Ток разряда 1а определяется из соотношения:

1а х (13 – 12) = I х (12 – 11) х 0,5 1а = 0,5 х 28 х (35 – 32,8)/(42,8 – 35) = 3,6 А

Ток заряда ЭК имеет треугольную форму. Его среднеквадратичное значение 1гт5:

Irms=Icpp

ti-ti

3 Т

= 28.

35-32,8

3×10

= 8,5Л

Среднеквадратичное значение тока разрЯ-

ДО Irmsd:

, , їЗ-*2 42,8-35

Ігтвсі =МА———=3,6,1——–=3,9 А

V Т V 10

Общее среднеквадратичное значение тока:

Ігшс = \ Iі гтя +12гт$с1 = Л8,52 +3,92 = 9,3

Обычно расчет номинала ЭК включает следующие действия:

• выбирается номинал конденсатора, обеспечивающий необходимую мощность нагрузки или заданное минимальное выпрямленное напряжение;

• найденное значение корректируется с учетом разброса номинала, временного и температурного изменения номинала;

• из каталога выбирается ближайшее минимальное значение номинала конденсатора;

• рассчитывается среднеквадратичное значение тока пульсаций для нового конденсатора, определяется температура нагрева ЭК и срок его службы.

Рассмотрим для примера методику выбора ЭК для простейшей схемы двухполупериод-ного выпрямителя, приведенной на рис. 6. Для упрощения расчета предположим, что диоды и сглаживающая емкость идеальные и схема не содержит паразитных сопротивлений. ЭК заряжается до амплитудного значения питающего напряжения, равного примерно 310 В. Форма напряжения на конденсаторе и токи через него приведены на эпюрах рис. 7. Для выбора номинала ЭК прежде всего необходимо знать параметры нагрузки. Иногда вместо сопротивления нагрузки задается потребляемая мощность P. Сопротивление нагрузки в этом случае можно определить из соотношения R = U2/P, где U — среднее значение выпрямленного напряжения.

Зададимся минимальным значением выпрямленного напряжения Umin = 250 В, что соответствует мощности примерно 750 Вт на сопротивлении нагрузки 80 Ом. Минимальное напряжение Umin присутствует на ЭК в момент времени

t3 = 1/ю х arcsin (250/310) = 13 х 10-3 с (18)

Максимум напряжения имеет место при t2 = 5 х 10-3 + n х T , где Т = 10 мс — период выпрямленного напряжения. Постоянная времени RC определяется по формуле:

RC= <2 =35х10~3

U тах U min

(19)

Откуда C = 437 мкФ.

Учитывая допуск (10%), мы должны соответственно увеличить номинал в 1,1 раза (С = 480 мкФ).

Конденсатор должен быть рассчитан на постоянное напряжение 350 В и выше. RIFA приводит в своих характеристиках для таких конденсаторов так называемый фактор

Компоненты и технологии, № 2’2004

старения (aging factor) у = 1 – 0,1 = 0,9. Коррекция значения емкости дает С = 530 мкФ.

Номинал ЭК необходимо также изменить с учетом уменьшения емкости при снижении температуры. Например, при -40 °С температурный коэффициент kt = 0,94. Следовательно, С = 564 мкФ. Таким образом, окончательное табличное значение номинала ЭК — 560 мкФ. Естественно, что минимальное выпрямленное напряжение при этом конденсаторе будет больше, чем 250 В.

Наконец мы приступаем к самому главному — к нахождению среднеквадратичного тока IRMS. Он максимален при максимальном значении номинала ЭК, который будет у нового конденсатора Cnew определяться допуском (+30%) и температурным коэффициентом (1,05 при 105 °С).

560 х 1,3 х 1,05 = 760 мкФ

Используя формулы 18 и 19, определим новые значения 13 и итЬ: 13 = 13,5 мс и ит;п = 270 В.4

3 Т

3×10

Irmsd = Id А——— = 3,

13,5-5

■ 2,1 А

Т V 10

1гтвс = \ ¡2rms+I2rmsd = -у/7,52 +2,72 = 8А

Более простой и быстрый способ получения значения 1гт5с (и, соответственно, более подходящий для инженеров) — моделирование схемы на Р8Р1СЕ. Нарисовав с помощью схемного редактора свою схему и задав соответствующие значения сопротивления нагрузки и сглаживающей емкости, вы можете мгновенно получить график среднеквадратичного значения тока конденсатора: ЯМ8(1с). Необходимо только учесть, что для быстрого получения установившегося значения среднеквадратичного тока следует задать соответствующее начальное напряжение на конденсаторе.

Я1Ь = Я&са + Я1ЬЬс = 9,8 + °,8 = I0,6 °С/Вт

Температура ЭК определяется рассеваемой мощностью, а она, в свою очередь, зависит от 1гт5с и ЕвЯ. Мы хотим, чтобы температура в самой нагретой точке ЭК составляла не более 105 °С. Если мы продолжим расчеты, то увидим, что перегрев ЭК оказывается совершенно недопустимым. Это наглядный пример того, как номинал конденсатора, удовлетворяющий техническим требованиям, предъявляемым к схеме, оказывается совершенно непригодным с точки зрения параметров ЭК. Поэтому для снижения тока вместо одного конденсатора 560 мкФ мы включим параллельно два по 470 мкФ и снизим тем самым 1гт5с до 5 А.

ЕБЯ(105 °С, 100 Гц) = 0,19 Ом

Мощность, рассеиваемая в конденсаторе Рс и перегрев ДТ:

Рс = 1гт5с2 х ЕБЯ = 25 х 0,19 = 4,7 Вт ДТ = Рс х = 4,7 х 10,6 = 50 °С

Значит, максимальная температура окружающей среды Та должна быть не выше

Татах = 105 – 50 = 55 °С.

Предельное состояние конденсатора наступает, когда Е8Я возрастает более чем в 2 раза по сравнению с начальным значением. Предположим, что это случится, когда емкость ЭК будет иметь минимальное значение. В наихудшем случае конденсатор работает при предельной температуре. Тогда емкость СоМ:

Coid = 0,9 х 0,9 х 1,05 х 470 = 400 мкФ

где 1,05 — коэффициент коррекции емкости при высокой температуре.

В этом случае Irmsoid = 4,8 A

AT = Pc X Rth = 4,82 X (2 X 0,19) x 10,6 = = 93 °C Tamax = 105 – 93 = 12 °C

Значит, в конце срока службы температура окружающей среды не должна превышать 12 °С. В противном случае срок службы ЭК будет много меньше паспортного значения. Таким образом, новый конденсатор может работать при Та = 55 °С и температура перегрева будет 105 °С, а срок службы Lop = 30000 часов. Если при такой же температуре будет работать «старый» ЭК, его температура перегрева будет 148 °С. Воспользовавшись формулой для срока службы, мы получим, что Lop = 2500 часов.

ESR увеличивается со временем, что приводит к росту температуры ЭК и сокращению срока службы. Однако одновременное снижение емкости уменьшает Irmsc, что несколько уравновешивает эффект от роста ESR.

Расчет Lop с учетом всех факторов чрезвычайно сложен, поэтому фирма EVOX RIFA предложила упрощенную методику с использованием графиков, отражающих основные зависимости параметров ЭК (см. рис. 8).

1. Из справочных данных берется ESR для 20 °С и 100 Гц и пересчитывается с учетом частотного коэффициента kf (рис. 8.4). В нашем случае kf = 1.

ESR = 190 мОм.

2. Рассчитывается среднеквадратичное значение тока пульсаций (Irmsc = 5 A при установке двух ЭК в параллель), мощность потерь (4,7 Вт) и перегрев (50 °С). Эти цифры уже были получены в данной главе. При расчете мощности в том случае, если используется принудительное охлаждение, необходимо исправить значение теплового сопротивления с учетом (рис. 8.3).

3. Найденное значение ESR изменяется с учетом температурного коэффициента kt (рис. 8.5, кривая 2) при температуре перегрева для нового конденсатора Ths = Ta + + ДТ = 90 °С, kt = 0,8 – ESR = 190 х 0,8 = = 152 мОм. Теперь можно откорректировать значение температуры перегрева: Ths = = Ta + ДT = 40 °С + Pc х Rth = 40 + 25 х 0,152х х 10,6 = 80 °С

4. По (рис. 8.6) определяется срок службы Lop при температуре Ths = 80 °С – Lop = 15000.

5. Уточняется значение срока службы с учетом коэффициента нагрузки по напряжению ku = 310/400 = 0,78 по формуле (10) при n = 5 – Lop = 15000/(0,78)5 = 50000.

Заключение

Конденсаторы MKP содержат металлизированные с двух сторон бумажные электроды с полипропиленовым диэлектриком, пропитанные маслом. Этот тип емкостей имеет низкое значение эквивалентной последовательной индуктивности (ESL), он специально разработан для использования в силовых шинах питания. Конденсаторы рассчитаны на работу при напряжении до 1300 В и имеют максимальную емкость 1500 мкФ. По сравнению с обычными ЭК с алюминиевой фольгой, СМКП способны работать при гораздо большем значении тока пульсаций. Основой почти всех конденсаторов ELEC-TRONICON является так называемый само-восстанавливающийся диэлектрик. На месте электрического пробоя в течение нескольких микросекунд испаряется слой металла и удаляется из центра пробоя. В результате образуется свободная от металла изолированная

Компоненты и технологии, № 2’2004

зона, предохраняющая от пробоя. В процессе и после пробоя конденсатор остается полностью работоспособным.

В таблице 2 приведены основные сравнительные характеристики стандартных ЭК с алюминиевой фольгой и конденсаторов МКР с полипропиленовым диэлектриком. Отметим, для того чтобы набрать аналогичный номинал (1100 мкФ) и обеспечить рабочее напряжение более 1100 В, необходимо соединить параллельно-последовательно 9 емкостей НР3! Таким образом, разница в цене (конденсаторы МКР, конечно, пока еще гораздо дороже стандартных) для высоковольтных применений может оказаться несущественной.

ных на теплоотводе с жидкостным охлаждением и блок конденсаторов 2 х [3 х (4 х 3 последовательно)] емкостью 3300 мкФ. Номинальные емкости и количество конденсаторов в сборке рассчитаны для получения уровня тока пульсаций, обеспечивающего высокую надежность изделия. На рисунке

Таблица 2. Сравнительные характеристики стандартных ЭК Hitachi и конденсаторов MKP Electronicon

Тип Ur, B RS мОм (20 °С) Rth, С/Вт Ir, A (RMS) W0 Вт с L„ нГн Размер, мм Срок службы, тыс. ч (75 °С, lRnom)

НР3-1000 мкФ Hitachi 450 110 8,9 4,35 20 40 х 81 19

MKP-1100 мкФ Electronicon 1100 0,4 1,7 100 665 50 116х230 100

Компоненты и технологии, № 2’2004

видны полумостовые модули 8КпР, снаббер-ные емкости и многослойные силовые шины питания с установленными на них электролитическими конденсаторами. Непосредственно на выводах конденсаторов размещены балластные резисторы, имеющие специальные полосковые выводы. Такая конструкция обеспечивает высокую стойкость к механическим воздействиям и минимальные габариты.

На рис. 9 приведены сборки вЕМКТАСК, разработанные для стандартных применений. Разработка и изготовление таких модулей, а также модулей на заказ является одним из приоритетных направлений работы 8ЕМ1-КИОК В новейших сборках, разработанных в последние годы, стандартные ЭК практически полностью заменены на МКР. Это позволило повысить надежность изделий, уменьшить их габариты.

Литература

1. Hitachi AIC Compact Aluminium-Electrolytic Capacitors.

2. RIFA Electrolytic Capacitors. Theory and Application.

3. А. Колпаков. Топология частотных преобразователей средней и большой мощности // Компоненты и Технологии. 2002. № 2.

4. А. Колпаков. Особенности проектирования частотных преобразователей средней и большой мощности // Электронные компоненты. 2003. № 6.

Выпрямители и умножители винтажные | paseka24.ru

Винтажные выпрямители. Классические схемы. Среди различных выпрямляющих устройств особую группу составляют схемы, в которых посредством соответствующего включения диодов и конденсаторов выполняют не только выпрямление, но одновременно и умножение выпрямленного напряжения. Достоинство таких схем заключается в возможности построения высоковольтных бестрансформаторных выпрямителей и выпрямителей с трансформаторами, только для питания цепей накала кенотронов. Отсутствие в силовом трансформаторе повышающей обмотки значительно облегчает его изготовление и повышает эксплуатационные качества выпрямителя. К недостаткам этих схем относятся зависимость выпрямленного напряжения от тока в нагрузке и трудность получения повышенных мощностей. В далёкие-далёкие времена запросто применяли прямое включение умножителей в бытовую распределительную сеть, совсем без разделительного трансформатора. Это расценивали как существенное достоинство с точки зрения экономии меди. Суровые были времена, враги окружали страну и притесняли население. Поэтому задачи обеспечения техники безопасности для этого самого населения практически не рассматривались. Никакой гальванической развязки с сетью и повышенными потенциалами, приходящими с подстанции не предусматривали. Схемы прямого бестрансформаторного включения были во многом ловушками для радиослушателей, ибо телевизоров тогда было маловато. Если и долбанёт кого, то это не страшно. Даже если убьёт одного-двух, то это всё равно меньше, чем погибало от рук супостатов.

Схемы выпрямителей с умножением напряжения получили широкое распространение в рентгенотехнических установках. В радиотехнической практике их применяли в основном для питания маломощной аппаратуры, потребляющей ток не более 50-70 мА при напряжении около 200 в. Однако область их применения можно значительно расширить, построив, например, по схеме с утроением или учетверением напряжения достаточно мощные бестрансформаторные выпрямители. Подобные выпрямители при напряжении сети переменного тока 110, 127 или 220В позволяют получить постоянное напряжение 300-400 вольт при токе до 100-150 мА, что обеспечивает питание анодных цепей усилителей низкой частоты средней мощности.

Особенностью работы выпрямителей с умножением напряжения является использование свойств конденсаторов накапливать и в течение некоторого времени сохранять электрическую энергию. При работе выпрямителя от обычной сети 50-периодного переменного тока время, в течение которого конденсатор должен сохранять заряд, не превышает 0,02 сек. Чем больше ёмкость (входящих в схему конденсаторов, тем большее количество электрической энергии они сохраняют и тем выше при одной и той же нагрузке получается выпрямленное напряжение. Поэтому в таких выпрямителях удобнее всего применять электролитические конденсаторы, которые, имея небольшие размеры, обладают значительной ёмкостью. Ниже описан ряд практических схем выпрямителей с умножением напряжения. Для большинства из них показаны нагрузочные характеристики, при различных ёмкостях накопительных конденсаторов. Характеристики позволяют судить о возможных областях применения схемы. По заданным: выпрямленному току, выпрямленному напряжению и напряжению питающей сети можно выбрать схему выпрямителя и определить номиналы деталей. Вначале следует глянуть топологию схем с удвоением напряжения. Схемы удвоителей, получившие наиболее широкое распространение в радиолюбительской практике, приведены на рисунках 1 и 2 ниже.

Схема двухполупериодного выпрямителя 1, схема однополупериодного выпрямителя 2. Для того чтобы можно было сравнить и оценить достоинства и недостатки обеих схем, в исследовании получены их нагрузочные характеристики, для различных значений ёмкости конденсаторов С1 и С2. В выпрямителях использованы селеновые столбы В1 и В2, собранные каждый из 13 шайб диаметром 45 мм. Сейчас это супер-редкость, а такую схемную реализацию можно отнести скорее к жёсткому винтажу, пожалуй, даже с претензией на элитарность. Напряжение питающей сети в ходе измерения следует поддерживать неизменным, на уровне 127В (220В). Для ограничения пускового тока, который из-за ёмкостного характера нагрузки может достигать значительных величин, последовательно в цепь питания включают сопротивление R, равное 20 Ом. Нагрузочные характеристики показаны ниже, слева – двухполупериодного выпрямителя; справа – характеристики однополупериодного выпрямителя. Сравнивая кривые обоих выпрямителей, при одних и тех же значениях ёмкости конденсаторов С1 и С2, можно заметить, что для схемы двухполупериодного выпрямления они расположены заметно выше, чем для схемы однополупериодного. Следовательно, выпрямленное напряжение на нагрузке при одинаковом токе получается большим для первой схемы (рисунок 1), чем для второй (рисунок 2). Картинки позволяют также судить о реальных напряжениях, при которых работают электролиты в схеме.

Специфика умножителя в том, что частота пульсации при двухполупериодном выпрямлении получается в два раза большей, чем при однополупериодном, для первой схемы значительно облегчается дальнейшая фильтрация выпрямленного напряжения, и кроме того, коэффициент пульсации показывающий, какую часть выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя составляет амплитуда переменной составляющей этого напряжения, для одинаковой нагрузки и одинаковых значений ёмкости конденсаторов С1 и С2 получается несколько меньшим. Так, например, при сопротивлении нагрузки 2000 Ом и ёмкости конденсаторов С1 и С2 по 48 мкФ коэффициент пульсаций для первой схемы составлял 6,5 %, а для второй – 7,6%. Это несмотря на то, что в первой схеме суммарная ёмкость на выходе выпрямителя в два раза меньше, чем во второй.

Следует отметить, что рабочие напряжения на конденсаторах в первой схеме одинаковы и равны половине выпрямленного напряжения, т.е. не превышают 150 вольт, тогда как во второй схеме под таким напряжением работает только конденсатор С1 а конденсатор С2 находится под полным выпрямленным напряжением и, следовательно, должен быть рассчитан на рабочее напряжение не менее 300 вольт. Крайне существенным для всех схем умножения является постоянный нагруженный режим выпрямителя, иначе напряжение повышается чрезмерно. При работе выпрямителей с удвоением напряжения без нагрузки, выпрямленное напряжение примерно равно удвоенному амплитудному значению напряжения питающей сети, и следовательно, может превысить 350 в (если эффективное напряжение сети равно 127 в). Такое повышение напряжения может привести к пробою конденсаторов, диодов или изоляции между нитью накала и катодом в кенотронах. Поэтому, если по техническим условиям выпрямитель должен работать без нагрузки или на очень высокоомную нагрузку, то детали, применяемые в нём, должны быть рассчитаны на повышенное рабочее напряжение. Если в рассмотренных схемах применит разделительный трансформатор с соответствующей высоковольтной обмоткой, то все зависимости можно сохранить. Однако с учётом внутреннего сопротивления медной обмотки появится дополнительная просадка напряжения, и кривые окажутся расположенными ниже, вольт на 20-30. Координаты их можно определить несколько точнее, если понимать мощность потерь в обмотке и разделить её на ток, отбираемый от выпрямителя. В задаче поддержания винтажного статуса, обеспечения подлинной кошерности изделия и тотальной борьбы за чистоту рядов в качестве выпрямительного элемента удобно использовать кенотрон 30Ц6С, нить накала которого соединяется последовательно с нитями накала других ламп аппарата. Выпрямитель с этим кенотроном и конденсаторами С1 и С2 ёмкостью по 20-40 мкФ даёт напряжение 200-220 в при токе около 70 мА. Применяя вместо кенотрона 30Ц6С селеновые столбики, собранные из шайб диаметром 35 или 45 мм, и конденсаторы большей ёмкости, можно несколько увеличить выпрямленное напряжение и получить ток вдвое (для шайб диаметром 35 мм) и втрое (для шайб диаметром 45 мм) больший. Выпрямители в этом случае могут питать более мощные приёмники (до 4 вт выходной мощности), усилители низкой частоты, малоламповые телевизоры и т. п.

Схема с утроением напряжения. Принципиальная схема выпрямителя с утроением напряжения и нагрузочные характеристики выпрямителя с утроением напряжения показаны на рис.5 при напряжении питающей электросети, равном 127 в.

Она представляет собой комбинацию двух схем однополупериодных выпрямителей: схемы с удвоением напряжения и схемы без умножения. К питающей сети обе схемы подключаются параллельно, а их выходы (выпрямленные напряжения) соединяются между собой последовательно. Таким образом, напряжение на выходе выпрямителя, равное сумме выпрямленных напряжений (удвоенному напряжению сети на конденсаторе С2 и одинарному – на конденсаторе С3), оказывается равным, примерно, утроенному напряжению сети.

Нагрузочные характеристики, выпрямителя, приведённые на рисунке 5, показывают, что при токе около 200 мА такой выпрямитель может отдавать напряжение свыше 300 в. Напряжение питающей сети поддерживалось равным 120 в, а ёмкости конденсаторов С1, С2 и С3 менялись в пределах от 32 до 100 мкф. Характер пульсации выпрямленного напряжения этой схемы при равных значениях ёмкости всех трёх конденсаторов такой же, как и в схеме двухполупериодного выпрямления, а коэффициент пульсации при нагрузке выпрямителя сопротивлением 2000 ом и ёмкости конденсаторов по 50 мкф – порядка 7%. Рабочие напряжения на конденсаторах С1 и С3 не превышают 150 в, а на конденсаторе С2 – 300 в. Следует иметь в виду, что в схеме с утроением напряжения при отсутствии нагрузки и напряжении питающей сети 120-127 в выпрямленное напряжение превышает 500 в.

Приведённые выше данные показывают, что выпрямитель с утроением напряжения может получить ещё более широкое применение, чем с удвоением. Вопрос о выборе выпрямительных элементов для такого выпрямителя будет рассмотрен ниже.

Схемы с учетверением напряжения. Схема выпрямителя с учетверением напряжения может быть двух видов: симметричной и несимметричной. Симметричная схема, изображённая на рисунке 6, представляет собой комбинацию двух схем однополупериодных выпрямителей с удвоением, работающих в разные полупериоды напряжения питающей сети. Работа этой схемы происходит следующим образом. Во время полупериода одного знака заряжаются конденсаторы С1 и С4, причём напряжение на конденсаторе С1 достигает, примерно, одинарного, а на конденсаторе С4 – удвоенного эффективного значения напряжения питающей сети (конденсатор С4 заряжается, используя уже имеющийся заряд на конденсаторе С2). Во время полупериода противоположного знака таким же образом заряжаются конденсаторы С2 и С3. Выпрямленное напряжение снимается с соответствующих полюсов конденсаторов С3 и С4, соединённых между собою последовательно. Таким образом, оно удваивается вторично. Симметричная схема выпрямителя с учетверением напряжения и нагрузочные характеристики выпрямителя с учетверением напряжения показаны на рис. 6 сняты при напряжении питающей сети, равном 120 в.

Напряжение, до которого заряжаются конденсаторы С1 и С2, оказывается тем большим, чем больше нагрузочное сопротивление или, иначе говоря, меньше отдаваемая выпрямителем мощность. Максимального значения зарядное напряжение достигает в случае отключения от выпрямителя нагрузки, становясь равным амплитудному значению напряжения сети (в 1,41 раза больше эффективного значения) на конденсаторах С1 и С2 и удвоенному амплитудному значению (в 2,82 раза больше эффективного значения) – на конденсаторах С3 и С4. Для того чтобы можно было быстро определить требуемые ёмкости конденсаторов C1, С2, С3 и С4, на рисунок 6 приведены нагрузочные характеристики, снятые с выпрямителя при различных значениях этих ёмкостей (во всех случаях С1 = С2 и С3 = С4). Приведённые характеристики показывают, что уже при конденсаторах С1 и С2 ёмкостью по 60 мкф и С3 и С4 – по 16 мкф напряжение на выходе выпрямителя при токе 150 мА достигает 400 в. Конденсаторы С1 и С2 должны быть рассчитаны на рабочее напряжение не меньшее чем 150 в, а С3 и С4 – не меньшее чем 250 в. Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения в случае нагрузки выпрямителя сопротивлением 3000 Ом оказывается равным, примерно, 6%, а форма напряжения на нагрузке та же, что и при двухполупериодном выпрямлении. Следует иметь в ввиду, что в симметричных схемах выпрямителей с умножением напряжения шасси находится под сравнительно высоким потенциалом относительно земли и питающего источника.

Несимметричная схема выпрямителя с учетверением напряжения и нагрузочные характеристики несимметричного учетверяющего выпрямителя сняты при напряжении питающей сети, равном 120 в показаны на рисунок 7-8. Работает она по несколько иному принципу, чем предыдущая. Здесь в полупериод соответствующего знака через выпрямительный элемент В1 и сопротивление R, примерно до напряжения сети, заряжается конденсатор С1. В следующий полупериод через выпрямительный элемент В2 и сопротивление R, используя заряд на конденсаторе С1, примерно до двойного напряжения сети, заряжается конденсатор С3. До такого же напряжения заряжается в последующий полупериод конденсатор С2 через выпрямительный элемент В3. В это же время вновь заряжается конденсатор С1. Затем заряд конденсатора С2 через выпрямительный элемент В4 заряжает конденсатор С4. Выпрямленное напряжение снимается с последовательно соединённых конденсаторов С3 и С4. Вся схема работает по принципу однополупериодного выпрямления. Снятые с выпрямителя нагрузочные характеристики (рисунок 8) имеют значительный наклон. Это показывает на невозможность использования таких схем для радиотехнических аппаратов повышенной мощности. Рабочее напряжение распределяется на конденсаторах весьма своеобразно, причём характер распределения зависит от величины нагрузки. В таблице ниже приведены рабочие напряжения на конденсаторах при двух различных нагрузках и без нагрузки при напряжении питающей сети 120 в.

Такое неравномерное распределение напряжения сопровождается весьма неравномерной формой пульсации, и поэтому коэффициент пульсации на выходе выпрямителя составляет при сопротивлении нагрузки 5000 Ом около 10%, а при сопротивлении нагрузки 1700 Ом повышается до 23%. Вследствие этого несимметричную схему выпрямителя с учетверением напряжения можно использовать только при больших сопротивлениях нагрузки или, иначе говоря, при малых потребляемых токах. Выпрямители, собранные по симметричной схеме с учетверением, в которых применяются селеновые выпрямительные элементы, могут широко использоваться для питания различных радиотехнических устройств, требующих достаточно высоких напряжений при токах 150-200 мА.

Схемы с многократным умножением напряжения. Принцип выпрямления с учетверением напряжения, изложенный выше, действителен для любой чётной кратности умножения. Для каждого последующего увеличения выпрямленного напряжения на удвоенное напряжение сети схему выпрямителя нужно дополнить лишь двумя выпрямительными элементами и двумя конденсаторами, как показано на рисунке 9. Схема, приведённая на рисунке 9, хорошо работает только при весьма малом потребляемом токе, но зато может давать очень высокое выпрямленное напряжение. Её удобно применять в телевизорах для питания анода кинескопа и т. д. В качестве выпрямительных элементов здесь могут быть использованы селеновые шайбы самого малого диаметра, собранные в столбики с таким расчётом, чтобы допустимое обратное напряжение было равным двойной амплитуде напряжения, даваемого источником переменного напряжения. На такое же рабочее напряжение должны быть рассчитаны и все конденсаторы схемы, кроме (конденсатора С1 находящегося под одинарным амплитудным напряжением источника. Так как схема рассчитывается на малые рабочие токи. Несимметричная схема выпрямителя с многократным умножением напряжения и симметричная схема выпрямителя с многократным умножением напряжения показаны на рисунках 9-10.

Ёмкости конденсаторов могут быть небольшими, в пределах от 0,25 до 0,5 мкФ. Из-за большого сопротивления нагрузки коэффициент пульсации на выходе выпрямителя получается незначительным даже при таких малых значениях ёмкости конденсаторов. Полное напряжение, даваемое выпрямителем, подсчитывается для ненагруженного выпрямителя путём умножения амплитуды переменного напряжения на число пар элементов схемы. За одну пару элементов принимаются конденсатор и выпрямительный элемент. Симметричная схема умножения имеет те же преимущества, что и симм.схема с учетверением напряжения по сравнению с несимметричной. Эту схему можно рекомендовать для выпрямителей, питающих выходные ступени любительских коротковолновых передатчиков и устройств, требующих высоких напряжений и сравнительно больших токов. При этом, конечно, должны быть соответственно подобраны выпрямительные элементы и конденсаторы выпрямителя. Для приведённых выше схем выпрямителей характер нагрузочных характеристик определяется ёмкостями применяемых конденсаторов. Чем больше эти ёмкости, тем меньший наклон имеет характеристика, и следовательно, большим получается напряжение на данной нагрузке. Для случая работы выпрямителя без нагрузки существуют определённые минимальные значения ёмкостей конденсаторов, при занижении которых схемы с умножением напряжения перестают работать. В тех случаях, когда от выпрямителя необходимо получить ток в несколько десятков или сотен, миллиампер, конденсаторы следует брать возможно большей ёмкости. Это способствует также и улучшению фильтрации выпрямленного напряжения. Кроме того, подбором ёмкостей конденсаторов можно эффективно устанавливать нужное по режиму питания анодное напряжение.

В промышленных и любительских телевизорах для питания анодов кинескопов нашла применение схема с умножением напряжения, изображённая на рисунок 11. Эта схема отличается от приведённых ранее наличием дополнительных сопротивлений и ёмкостей. Работает она следующим образом. Во время положительного полупериода питающего напряжения через выпрямительный элемент В1 заряжается до амплитудного значения напряжения конденсатор C1, а во время отрицательного – через сопротивление R1 конденсатор С2. Схема умножения напряжения с сопротивлениями показана на рисунке 11.

В последующий положительный полупериод напряжение на конденсаторе С2 складывается с питающим напряжением, и этот конденсатор разряжается через выпрямительный элемент В2 на последовательно соединённые конденсаторы С1 и С3, с концов которых полученное удвоенное выпрямленное напряжение и подводится к нагрузке. Наращивая в схеме звенья так, как показано пунктиром на рисунок 11, можно получить умножение напряжения любой кратности. Преимущества такой схемы заключаются в облегчении условий работы выпрямительных элементов и ёмкостей, так как обратное напряжение на каждом выпрямительном элементе не превышает двойного, а на каждом конденсаторе – одинарного амплитудного напряжения, подводим ото к выпрямителю. Сопротивления R1, R2 и т.д. позволяют в случае использования селеновых столбиков иметь значительный разброс их обратных сопротивлений. Рассмотренная схема пригодна только для работы выпрямителя при большом сопротивлении нагрузки. Конденсаторы могут иметь ёмкость порядка 500…1000 нФ, а сопротивления около 2…4 мОм. В качестве выпрямительных элементов могут применяться соответствующие селеновые столбики или кенотроны, однако для питания нитей накала последних на силовом трансформаторе необходимо иметь отдельные хорошо изолированные обмотки.

Выпрямляющие элементы. Во всех описанных выше схемах в качестве выпрямляющих элементов можно использовать кенотроны или селеновые столбики.

Кенотроны. Для бестрансформаторных схем с удвоением напряжения выпускается специальный кенотрон типа 30Ц6С, имеющий два анода, два катода и надёжно изолированную от обоих катодов нить накала. Напряжение накала этого кенотрона 30 в, ток накала 0,3 А и максимальное напряжение, допустимое между катодом и нитью, 300 в. Максимально допустимая разность потенциалов между катодом и нитью накала для кенотронов, применяемых в схемах с умножением напряжения, а также и для других приёмно-усилительных ламп, цепи накала которых включаются последовательно, является одним из важнейших параметров. В схемах бестрансформаторного питания эта разность потенциалов может достигнуть значительного уровня и привести к пробою тонкого слоя керамики, изолирующего нить (подогреватель) от катода. В результате такого пробоя в кенотроне обычно перегорает нить накала и выходит из строя первый конденсатор фильтра (если он электролитический), так как он оказывается подключённым непосредственно к сети переменного тока. Не исключена при этом возможность и других повреждений. Поэтому при конструировании приёмника или другого устройств а с бестрансформаторным питанием необходимо подсчитывать для каждой лампы возникающее между её катодом и нитью накала максимальное (амплитудное) напряжение. Это особенно важно при использовании выпрямителей, собранных по схемам с умножением напряжения. Величины максимально допустимых напряжений между нитью накала и катодом некоторых кенотронов и приёмно-усилительных ламп приведены в таблице 2 ниже. Из кенотронов с изолированным от нити накала катодом, кроме упомянутого выше кенотрона 30Ц6С, в выпрямителях с умножением напряжения могут применяться кенотроны типа 30Ц1С (с одним анодом и одним катодом) и типа 6Ц5С (с двумя анодами и одним катодом). В отличие от кенотрона 30Ц6С последние являются одиночными выпрямительными элементами, и поэтому в каждую схему удвоения напряжения их нужно ставить по два.

Применение двух кенотронов 30Ц1С вместо одного кенотрона 30Ц6С удобно тем, что при этом в некоторых случаях отпадает необходимость в гасящем сопротивлении, включаемом обычно последовательно в цепь накала ламп. Так, например, цепь накала пяти- или шестилампового приёмника с выходной лампой 30П1С и двумя кенотронами 30Ц1С при соединении всех нитей ламп последовательно требует для их питания 115…120 в и может включаться прямо в сеть. Выпрямитель такого приёмника собирается по однополупериодной схеме с удвоением напряжения (рисунок 12), причём нити всех ламп должны быть соединены в порядке, указанном на этой схеме, так как иначе один из кенотронов 30Ц1С будет иметь напряжение между нитью накала и катодом, превышающее допустимое. Схема бестрансформаторного питания приёмника с использованием двух кенотронов типа 30Ц1С показана на рисунке 12.

Для схемы с удвоением напряжения иногда удобно использовать кенотроны типа 6Ц5С (6Х5С). От выпрямителя с двумя такими кенотронами, с соединёнными между собой в каждом из них анодами, можно получить ток до 140 мА при достаточно высоком выпрямленном напряжении. Так как кенотроны типа 6Ц5С рассчитаны на ток накала 0,6А (при 6,3 В), то с целью экономичности питания накал их лучше всего производить от понижающего трансформатора. При наличии понижающего трансформатора с тремя изолированными обмотками, из которых две рассчитаны для питания кенотронов, а третья – для питания приёмно-усилительных ламп, можно применять для схем удвоения любые кенотроны. Все приведённые выше соображения действительны также и для схем с утроением и учетверением напряжения.

Селеновые столбики. Вследствие того, что в селеновых выпрямительных элементах с уменьшением плотности тока возрастает их сопротивление в прямом и обратном направлениях и уменьшается соотношение между ними (что приводит к ухудшению выпрямительных свойств), при малых токах необходимо применять шайбы с соответственно малой площадью. С повышением температуры сопротивление селеновых выпрямительных элементов падает (отрицательный коэффициент сопротивления), в связи с чем уменьшаются потери и повышается к.п.д. выпрямителя. При постройке выпрямителей с селеновыми элементами следует ещё учитывать их подверженность старению. С течением времени, особенно в процессе эксплуатации, сопротивление таких элементов в прямом направлении растёт, растут также потери в них и увеличивается их нагрев. По истечении 1000 – 2000 часов работы сопротивление выпрямительного элемента увеличивается настолько, что падение напряжения на нём возрастает на 20-25%, а в отдельных случаях и на 50%. Последующая эксплуатация вызывает лишь незначительное увеличение сопротивления, и нормальный срок службы выпрямительных шайб достигает 10000 – 20000 час. Повышение прямого сопротивления наблюдается также и в неработающих селеновых элементах, хранящихся при комнатной температуре. При работе в условиях низких температур мощность, отдаваемая селеновым выпрямителем, падает. Так, при температуре минус 40° С мощность, отдаваемая выпрямителем, падает на 25% относительно мощности, отдаваемой при температуре плюс 20° С. Чем выше температура выпрямительной шайбы, тем меньшая допускается плотность тока. Если, например, при температуре окружающего воздуха плюс 35° С допустимую плотность тока принять за номинальную, то при повышении температуры, например до плюс 70° С, плотность тока не должна быть выше 20% от номинальной. Кратковременная работа селеновых шайб при температурах до плюс 80-85° С не влечёт за собой немедленной их гибели, но длительная работа при таких температурах может вызвать усиленное старение, а в связи с этим – дальнейшее повышение температуры шайб и выход их из строя. Селеновые выпрямители хорошо выносят кратковременные перегрузки. Так, 15-кратная перегрузка в течение 3 сек., 8-кратная перегрузка в течение 10 сек. и 4-кратная перегрузка в течение 50 сек., повторяемые многократно с часовым перерывом для охлаждения, никаких изменений в шайбах не вызывают. Даже случайный пробой селеновой шайбы не всегда ведёт к её гибели, так как расплавленный селен, имеющий высокое удельное сопротивление, изолирует пробитое место. Однако, если при этом успеет расплавиться также и верхний электрод, изготовляемый из легкоплавкого сплава, то может произойти короткое замыкание шайбы, что приведёт её в негодность. В случае выхода из строя селеновых столбиков, а также при применении столбиков, бывших в употреблении, когда необходима их переборка, нужно просмотреть исправность верхних электродов всех шайб и проверить их годность по отсутствию короткого замыкания и наличию выпрямляющего действия. Проверка производится в цепи постоянного тока, в которой определяется прямой и обратный ток через шайбу (более подробно это описывается ниже).Минимальное количество шайб в столбиках каждого звена схемы умножения, рассчитанной на работу от электросети 127 составляет 13 шт., а при напряжений сети 220 в – 22 шт. Увеличение их числа на 15-25% допустимо и даже желательно в случае, когда применяются шайбы, б/у.

Накапливающие ёмкости. Наряду с выпрямительными элементами, другими основными частями всех выпрямителей с умножением напряжения являются конденсаторы, накапливающие электрические заряды и позволяющие их суммировать. Поэтому для обеспечения нормальных условий работы применяемых конденсаторов важно знать особенности их работы в различных цепях схемы. Как известно, электролитические конденсаторы, получившие в выпрямителях с умножением напряжения преимущественное применение, могут работать только в цепях постоянного или пульсирующего тока (если пульсации не превышают определённых, для каждого типа конденсаторов значений). Действующее рабочее напряжение на конденсаторе складывается из постоянного напряжения и амплитуды напряжения пульсаций. В древние времена выпускали несколько типов электролитических конденсаторов с различными рабочими напряжениями (от 8 до 500 в) и ёмкостями (от 2 до 5000 мкФ). Наибольшее распространение в массовой радиовещательной аппаратуре и радиолюбительской практике получили конденсаторы типов КЭ-1, КЭ-2 и КЭ-3. По допуску рабочей ёмкости эти конденсаторы относятся к деталям V класса; отклонение их действительной ёмкости от указанною на этикетке может колебаться в пределах от +50% до -20%. По допуску рабочих температур они делятся на две группы: морозостойкие (группа М) с интервалом рабочих температур от -40 до +60° С и особо морозостойкие (группа ОМ) с интервалом рабочих температур от -60° до +60°. Последняя группа широкого распространения не получила. Ёмкость электролитических конденсаторов сильно зависит от температуры. Так, например, при понижении температуры до -40° С ёмкость конденсаторов уменьшается примерно на 50%, а при повышении температуры до +60° С – возрастает примерно на 30% по сравнению с ёмкостью при температуре 15-20° С. Номинальный ток утечки у электролитических конденсаторов оказывается тем большим, чем больше их ёмкости и выше рабочее напряжение. У конденсаторов ёмкостью 10-30 мкф при напряжении 300-500 в ток утечки составляет обычно 1-2 мА, а у конденсаторов большей ёмкости (2000 мкф и больше) он достигает 10 мА и даже больше. Особо морозостойкие конденсаторы (группа ОМ) имеют ток утечки на 25% меньший, чем аналогичные конденсаторы группы М. При повышении рабочей температуры конденсатора ток утечки также повышается. При длительном хранении электролитических конденсаторов происходит высыхание электролита, в результате чего конденсаторы теряют ёмкость и становятся негодными. Выбирая электролитические конденсаторы для выпрямителей с умножением напряжения, особое внимание следует обращать на параметр, определяющий их нормальную работу в цепях, содержащих переменную составляющую выпрямленного напряжения. В таблице приведено (в процентном отношении к постоянному напряжению на конденсаторе) допустимое значение амплитуды переменной составляющей для электролитических конденсаторов различной ёмкости и различного номинального рабочего напряжения. Превышение указанных величин приводит к нагреву конденсатора, увеличению тока утечки и, в конечном результате, к его гибели. Амплитуда переменной составляющей напряжения на конденсаторе не должна превышать (в зависимости от его ёмкости и допустимого рабочего напряжения) 6-25% постоянного напряжения, причём повышенное значение пульсаций допускают конденсаторы группы ОМ. Необходимо отметить выгодность применения вместо одного конденсатора большой ёмкости двух или нескольких конденсаторов меньшей ёмкости, соединённых параллельно. Такая группа допускает больший процент пульсаций. Металлический корпус конденсатора чаще всего является его электродом, присоединяемым к минусу электрической цепи. В этом случае для включения конденсаторов в описанные выше схемы выпрямителей корпус каждого из них следует надёжно изолировать, чтобы избежать контакта с шасси, другими конденсаторами или деталями схемы. Устанавливать конденсаторы можно в любом положении, но не следует крепить их при монтаже за контактные выводы. В описании схем мы указывали рабочие напряжения на каждом конденсаторе, а также коэффициент пульсации, который служит исходной величиной для расчёта элементов фильтра на выходе выпрямителя. Самым тяжёлым участком для электролитических конденсаторов по причине высокого уровня переменной составляющей является место включения конденсатора С1 в схемах рисунок 1б, 3, 7 и 9, а также конденсаторов С1 и С2 в схеме рисунок 5. При больших мощностях, снимаемых с выпрямителя, амплитуда переменной составляющей на этих конденсаторах может достигать 30-35% постоянного напряжения (при ёмкости конденсатора 50 мкФ). Такое высокое процентное содержание переменной составляющей недопустимо, поэтому ёмкость конденсатора в таких случаях приходится брать в два раза больше указанной. Процентное значение пульсации при этом снижается больше чем в два раза, так как постоянная составляющая несколько возрастает. Лучше всего на этих участках схемы применять конденсаторы группы ОМ, соединённые по нескольку штук параллельно. Во время работы выпрямителя нужно следить, чтобы конденсаторы не нагревались больше чем на 10-15° С температуры окружающего воздуха. В случае какого-либо нарушения нормальной работы выпрямителя следует первым делом проверять исправность этих конденсаторов. Все остальные электролитические конденсаторы, включаемые в другие участки схемы, работают в спокойном режиме, так как процент пульсации на них не выходит за допустимые пределы. При малых мощностях выпрямителей, когда сопротивление нагрузки велико и ёмкости конденсаторов могут быть небольшими, пригодны к применению бумажные конденсаторы. В этом случае все приведённые выше опасения отпадают. При последовательном соединении конденсаторов процент пульсации на каждом из них остаётся прежним, так как напряжения постоянной и переменной составляющих соответственно перераспределяется. Чтобы это распределение было равномерным, каждый конденсатор нужно шунтировать высокоомным сопротивлением (порядка 0,1 – 0,2 мОм).

В заключение приведено описание бестрансформаторного выпрямителя с учетверением напряжения, рассчитанного для питания анодных цепей радиолюбительского телевизора, потребляющего ток около 150 мА при напряжении свыше 400 в. Выпрямитель может включаться в сеть переменного тока с напряжением 110-127 или 220 в. Из всех приведённых выше схем выпрямителей с умножением напряжения самой подходящей для выпрямителя такой мощности является симметричная схема с учетверением напряжения (рисунок 5). При составлении окончательной рабочей схемы предусмотрена возможность переключения его на питание от сети с напряжением 220 в. В этом случае выпрямитель работает по двухполупериодной схеме, но не с учетверением, а только с удвоением напряжения (рисунок 1, а). Полная схема выпрямителя приведена на рисунке 13.

Переключение на питание от электросети 120 или 220 в, производится перестановкой специальной колодки в ламповой панельке. Чтобы легче разобраться в схеме переключения, соединения в ламповой панельке при питании от сети 120 в показаны на рисунок 13 сплошными стрелками, а при питании от сети 220 в – пунктирными линиями. При включении выпрямителя в сеть напряжением 220 в конденсаторы С1 и С2 отключаются. Отдельно от схемы выпрямителя на рисунок 13 изображена схема соединений в переключающей колодке (вид со стороны штырьков), которая изготовляется из октального цоколя от негодной радиолампы. В переключаемой панельке для направляющего ключа колодки (цоколя от радиолампы) против имеющегося в ней паза прорезается второй паз.

Сглаживание выпрямленного напряжения осуществляется однозвенным ёмкостно-дроссельным фильтром (С5, Др1) с коэффициентом фильтрации около 30. Выпрямитель собран на металлическом шасси размером 185х130х70 мм. Вид собранного выпрямителя показан на рисунок 14. На верхней панели шасси расположены два селеновых столбика, содержащие каждый по 26 шайб с выводами от середины. Все шайбы в столбиках собираются в одну сторону. Столбики устанавливаются на шасси рядом, так чтобы их крайние шайбы были разной полярности (в этом случае соединяющий их провод будет самым коротким). Количество шайб в столбиках выбрано минимальным. Если имеются запасные шайбы, число их в каждой половине столбика следует увеличить до 15-16 шт. Сборка селеновых столбиков должна проводиться весьма тщательно и сопровождаться проверкой годности селеновых шайб с помощью омметра или пробника, составленного из батареи с напряжением 5-10 в и низкоомного вольтметра, к которым последовательно подключается испытуемая селеновая шайба. Показания прибора должны резко отличаться (в 15-20 раз) при изменении полярности подключения шайбы. При меньшем изменении показаний прибора испытуемую шайбу надо считать негодной, и ставить её в столбик нельзя. После такой проверки необходимо тщательно очистить от коррозии и краски селеновые, пружинные и разделительные шайбы, а также выводные контакты в местах их соприкосновения друг с другом. Чистку рекомендуется производить тонкой наждачной бумагой и тряпочкой, смоченной в ацетоне или амилацетате (грушевая эссенция). Собранные столбики должны быть крепко стянуты гайками стяжных болтов, которые необходимо надёжно изолировать соответствующими изоляционными трубками и шайбами от токонесущих деталей. Эту работу необходимо проделать особо внимательно, ибо плохие контакты и слабая стяжка вызывают увеличение внутреннего сопротивления столбика и приводят к уменьшению выпрямленного тока, перегреву (селеновые столбики допускают нагрев до 70-75° С) и искрению (искрение создаёт помехи как для питающихся от этого выпрямителя радиотехнических устройств, так и для других радиотехнических устройств, расположенных поблизости). Кроме двух выпрямительных столбиков, на верхней панели шасси расположено проволочное сопротивление R = 10…12 Ом с мощностью рассеяния не менее 5 Вт. Оно берётся готовым или изготовляется из нихромового провода диаметром 0,5 мм и длиной около 2 м. Провод для сопротивления можно намотать на готовом керамическом каркасике от сопротивления типа ВС-5,0. Сопротивление R ограничивает пусковой ток, достигающий без него значительной величины (что приводит к обгоранию контактов выключателя, к сильным помехам при включении электросети и т. п.). Все остальные детали выпрямителя размещены внутри шасси, причём выключатель Вк и выходные зажимы выведены на одну боковую панель, а предохранитель Пр, шнур и панелька переключения питания – на другую (противоположную). Конденсаторы и дроссель ставят на свободные места.

Все конденсаторы в выпрямителе – электролитические типа КЭ-1 (диаметром 26 мм и высотой 60 мм). Для изоляции конденсаторов из тонкого прессшпана склеиваются цилиндры, которые затем пропитываются парафином и надеваются на корпусы конденсаторов. Корпусы конденсаторов можно также оклеить 2-3 слоями лакоткани или обмотать изоляционной лентой. Все это необходимо для изоляции корпусов конденсатора друг от друга, а также от шасси и других деталей, к которым они прикасаются. Надёжность изоляции конденсаторов весьма важна, так как нарушение её может привести к выходу выпрямителя из строя. Если дорого применять электролитические конденсаторы нужной ёмкости, то можно вместо одного поставить два или три конденсатора меньшей ёмкости, соединённых параллельно. Важно лишь, чтобы их суммарная ёмкость и рабочее напряжение были не менее указанных на схеме. Для конденсаторов С1 и С2, работающих при значительной величине переменной составляющей, применение группы параллельно соединённых конденсаторов более желательно. Указанная на схеме ёмкость этих конденсаторов минимальная. Её лучше увеличить до 100 мкФ. Дроссель Др1 содержит 2500-3000 витков провода ПЭВ 0,3-0,35. Сопротивление его обмотки равно 70-100 Ом, а индуктивность – порядка 4 Гн. Сердечник дросселя сечением 6 см2 состоит из готовых пластин типа Ш-20 и собран с зазором 0,5 мм. Монтаж выпрямителя выполняют навесным. Детали прикрепляют к шасси и соединяют в соответствии со схемой хорошо изолированным проводом не тоньше 1 мм. Электролитические конденсаторы располагают возможно дальше от нагревающихся деталей (селеновых столбиков и сопротивления R). При монтаже нужно внимательно следить за правильностью соединения полярности селеновых столбиков и электролитических конденсаторов. Правильно собранный выпрямитель ни в каких регулировках не нуждается и работает устойчиво и надёжно. Перед включением выпрямителя необходимо убедиться в том, что к его выходным зажимам приключена соответствующая нагрузка. Отсутствие ее может привести к пробою конденсаторов, так как без нагрузки напряжение на выходе выпрямителя достигает 700 в.

Прямое заземление какого-либо полюса в выпрямителе или в питаемых от него приборах не допускается; землю можно присоединять только через конденсатор ёмкостью 0,1-0,25 мкф. Испытание выпрямителя показало его хорошие эксплуатационные качества. Как видно из нагрузочной характеристики (рисунок 15), снятой в условиях реальной работы выпрямителя (на выходе фильтра), в схеме с учетверением напряжения (от электросети 127 в) он дает с нагрузкой 3000 Ом выпрямленное напряжение 450 в при токе 0,15 А, а при переключении на схему с удвоением (от электросети 220 в) – напряжение 475 в при токе 0,158 А. При указанной нагрузке отдаваемая выпрямителем мощность. составляет 70-75 Вт, а потребляемая мощность от электросети – 90…100 Вт. Таким образом, к.п.д. всего устройства оказывается довольно высоким (около 75%). Следует заметить, что в схеме с удвоением напряжения селеновые столбики оказываются в более выгодном режиме работы, так как при этой схеме выбранные размеры селеновых шайб допускают ток 0,3 А, тогда как в схеме с учетверением выпрямленный ток не должен быть выше 0,15 А.

Нагрузочные характеристики универсального бестрансформаторного выпрямителя показаны на рисунке 15. Кривая I – для схемы с учетверением напряжения; II – для схемы с удвоением напряжения. Наряду со снятием нагрузочной характеристики были определены значения коэффициента пульсаций при нагрузке выпрямителя сопротивлением 3000 Ом. Измерения показали, что коэффициент пульсации на входе фильтра составляет 6%, а на выходе – около 0,2%. Эти величины мало зависят от того, работает ли выпрямитель от сети напряжением 127 или 220 в. Такая величина пульсации допустима при питании выходных ступеней усилителей низкой частоты. Для питания других ступеней усилителей и приёмников, а также видеоусилителей и генераторов развёрток телевизоров к выпрямителю необходимо подключить дополнительные фильтры. Ввиду того что выпрямленное напряжение, даваемое выпрямителем, достаточно высоко, дополнительную фильтрацию можно осуществить включением в соответствующие цепи реостатно-ёмкостных фильтров. Можно, конечно, сделать и ещё одну ячейку дроссельно-ёмкостного фильтра. Опыт работы с бестрансформаторными выпрямителями, собранными по схемам с умножением напряжения, показывает рациональность их применения. Поэтому подобные выпрямители вполне можно рекомендовать для широкого использования их в радиолюбительской практике. Автор статьи Дольник А.Г.,1952 год. По материалам сети публикацию подготовил

Евгений Бортник, Красноярск, Россия, март 2018

Все своими руками Расчет фильтров для блока питания

Опубликовал admin | Дата 24 мая, 2012

Русская версия программы «LC-filter 5.0.0.0», позволяющая рассчитывать Г-образные сглаживающие фильтры на реактивных элементах, предназначенные для подавления пульсаций в источниках питания. Программа «LC-фильтр 5.0.0.0» распространяется свободно и оплата не обязательна.

Автор программы — Москатов Евгений Анатольевич из города Таганрога Ростовской области.
Сглаживающий фильтр (смотрите рис. 1) включается между выпрямителем и нагрузкой для уменьшения переменной составляющей (пульсации) выпрямленного напряжения.

Реактивные фильтры представляют собой соединённые определённым образом дроссели и конденсаторы. На входе фильтра помимо постоянной составляющей присутствует ещё и переменная составляющая, называемая пульсацией напряжения. Эта пульсация велика относительно допустимой для питаемой нагрузки, и непосредственное питание нагрузки от источника питания бывает невозможно. При питании аппаратуры пульсация напряжения резко ухудшает, а чаще вообще нарушает работу устройств, внося искажения и помехи. Это относится к пульсации напряжения, вызванной работой системы зажигания в автомобилях; пульсации, вызванной работой источника питания компьютера и приводящей к помехам телевизорам, радиоприёмникам и прочим бытовым электроприборам. Для уменьшения пульсаций напряжения используют сглаживающие фильтры.

     Основным параметром сглаживающих фильтров является коэффициент сглаживания q. Если предположить, что падение напряжения на омическом сопротивлении дросселя отсутствует, то коэффициент сглаживания можно определить как отношение амплитуды пульсации напряжения на входе фильтра U~вх к амплитуде пульсации напряжения на выходе фильтра U~вых. q = U~вх / U~вых. Таким образом, коэффициент сглаживания показывает степень ослабления фильтром переменной составляющей напряжения. Программа «LC-filter» позволяет рассчитывать различные сглаживающие Г-образные индуктивно-ёмкостные фильтры: однозвенные (рис.1), двухзвенные (рис. 2) и фильтры с большим числом звеньев (рис. 3). Количество звеньев фильтра определяется из условия наименьшей стоимости или из условия минимума его суммарной индуктивности и его суммарной ёмкости. Исходя из условия наименьшей стоимости, двухзвенный LC-фильтр целесообразно применять при q > 40…50, а трёхзвенный LC-фильтр целесообразно применять при q >1500 …1700. Исходя из второго условия, двухзвенный LC-фильтр целесообразно применять при q > 20, а трёхзвенный LC-фильтр целесообразно применять при q > 160.
Относительно исходных данных программы.
     Частота пульсации после мостового выпрямителя увеличивается в два раза. Значит, если частота сети была 50 Гц, то после мостового выпрямителя на фильтр подаётся напряжение с частотой пульсации 100 Гц. Для однополупериодного выпрямителя число фаз равно 1; для двухполупериодного выпрямителя, в том числе мостового, равно 2; для трёхфазного выпрямителя — 3; для трёхфазного мостового выпрямителя — 6. Для выпрямителя, образованного включением двух трёхфазных мостовых выпрямителей последовательно (причём в одном выпрямителе вторичные обмотки трансформатора включены в звезду, а во втором — в треугольник), число фаз равно 12.
Относительно результатов расчёта в программе.
      По найденной из расчёта ёмкости требуется выбрать конденсатор. Конденсатор следует выбрать на напряжение холостого хода выпрямителя при максимальном напряжении сети, увеличенное на 15 … 20 %. Это необходимо для обеспечения надёжной работы конденсаторов при перенапряжениях, возникающих при включении выпрямителя. Необходимо также, чтобы амплитуда переменной составляющей напряжения на конденсаторе не превышала предельно допустимого значения. Важным параметром конденсатора является предельно допустимая величина переменной составляющей выпрямленного напряжения, выраженная в процентах его номинального рабочего напряжения. Этот параметр конденсатора в значительной мере зависит от частоты основной гармоники выпрямленного напряжения. В каталогах на конденсаторы обычно приводится допустимая величина амплитуды переменной составляющей для частоты 50 Гц и дополнительно указывается, как изменяется допустимая амплитуда в зависимости от частоты. Емкость электролитических конденсаторов существенно зависит от температуры окружающей среды. Она резко уменьшается при отрицательных температурах, что следует обязательно учитывать при проектировании. Если допустимое для данных частоты и температуры значение амплитуды переменной составляющей превышает расчётное, то следует, либо выбрать конденсатор на большее номинальное рабочее напряжение (не меняя принятой ранее ёмкости конденсатора), либо увеличить ёмкость конденсатора (не меняя принятого ранее номинального рабочего напряжения конденсатора). Дроссель фильтра обычно выбирают стандартным, хотя не исключена ручная намотка по рассчитанным индуктивности обмотки и диаметру провода. Магнитопровод дросселя выбирается исходя из частоты пульсации. Так, для частоты 100 Гц лучше использовать сердечник из пермаллоя или трансформаторного железа. Для частоты 100кГц следует использовать магнитопровод из феррита.
      Постоянный ток нагрузки, протекая по обмотке дросселя, создаёт постоянное подмагничивание его сердечника, что смещает рабочую точку на кривой намагничивания на пологий участок, соответствующий магнитному насыщению. Это приводит к уменьшению магнитной проницаемости и индуктивности дросселя. Для снижения влияния подмагничивания на индуктивность дросселя его сердечник выполняется с немагнитным зазором. При этом следует понимать, что у дросселя с немагнитным зазором в сердечнике велико поле рассеяния, которое может явиться причиной наводок на элементы питаемого устройства. При расчёте фильтра необходимо обеспечить такое соотношение реактивных сопротивлений дросселя и конденсатора, при котором не могли бы возникнуть резонансные явления на частоте пульсации выпрямленного напряжения и частоте изменения тока нагрузки. Для этого необходимо, чтобы собственная круговая частота фильтра была хотя бы в два раза меньше круговой частоты пульсации. Это условие всегда выполняется при q > 3.

Скачать программу.

Обсудить эту статью на – форуме “Радиоэлектроника, вопросы и ответы”.

Схемы сглаживания конденсаторов

и расчеты »Электроника

Резервуарные конденсаторы используются для сглаживания необработанной выпрямленной формы волны в источнике питания – важно выбрать правильный конденсатор с правильным значением и номинальным током пульсации.

Пособие по схемам источника питания и руководство Включает:
Обзор электроники источника питания Линейный источник питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания

В источнике питания, будь то линейный источник питания или импульсный источник питания, использующий источник питания переменного тока и диодные выпрямители, необработанный выпрямленный выход обычно сглаживается с помощью накопительного конденсатора перед подачей на какие-либо регуляторы или другие подобные электронная схема.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

идеально подходят для работы в качестве сглаживающих конденсаторов, так как многие электролитические компоненты способны обеспечивать достаточно высокую емкость и выдерживать уровень пульсаций тока, необходимый для сглаживания формы волны.

По сути, схема сглаживания заполняет основные провалы в необработанной выпрямленной форме волны, так что схема линейного регулятора или импульсного источника питания может работать правильно. Они изменяют форму волны от той, которая изменяется от нуля до пикового напряжения в течение цикла входящей формы волны мощности, и меняют ее на такую, где изменения намного меньше.По сути, они сглаживают форму волны, и отсюда и название.

Поскольку сглаживающие конденсаторы используются как в источниках питания с линейным стабилизатором, так и в импульсных источниках питания, они составляют важную часть многих из этих электронных схем.

Двухполупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором

Основы сглаживания конденсатора

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 полусинусоидальных волн с напряжением, изменяющимся от нуля до √2-кратного среднеквадратичного напряжения (без учета диодных и других потерь).

Форма волны такого рода не будет использоваться для питания схем, потому что любые аналоговые схемы будут иметь огромный уровень пульсации, наложенный на выход, и любые цифровые схемы не будут работать, потому что питание будет отключаться каждые полупериод.

Конденсаторное сглаживание обеспечивает правильную работу следующих каскадов линейно регулируемого источника питания или импульсного источника питания.

Для сглаживания выхода выпрямителя используется накопительный конденсатор, размещенный на выходе счетчика параллельно с нагрузкой.

Сглаживание работает, потому что конденсатор заряжается, когда напряжение выпрямителя превышает напряжение конденсатора, а затем, когда напряжение выпрямителя падает, конденсатор обеспечивает требуемый ток из своего накопленного заряда.

Таким образом, конденсатор может обеспечивать заряд, когда он не поступает от выпрямителя, и, соответственно, напряжение изменяется значительно меньше, чем при отсутствии конденсатора.

Конденсаторное сглаживание не обеспечивает полной стабильности напряжения, всегда будут некоторые колебания напряжения. Фактически, чем выше емкость конденсатора, тем больше сглаживание, а также чем меньше потребляемый ток, тем лучше сглаживание.

Сглаживающее действие накопительного конденсатора

Следует помнить, что единственный путь разрядки конденсатора, помимо внутренней утечки, – это через нагрузку к выпрямителю / системе 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 на входе.

Регулировка напряжения может быть обеспечена линейным регулятором или импульсным источником питания.

Емкость сглаживающего конденсатора

Выбор емкости конденсатора должен соответствовать ряду требований. В первом случае значение должно быть выбрано так, чтобы его постоянная времени была намного больше, чем временной интервал между последовательными пиками выпрямленного сигнала:

Где:
R _{нагрузка} = полное сопротивление нагрузки для источника питания
C = значение емкости конденсатора в фарадах
f = частота пульсаций – это будет вдвое больше линейной частоты, чем используется двухполупериодный выпрямитель.

Сглаживающий конденсатор пульсации напряжения

Поскольку на выходе выпрямителя, использующего схему сглаживающего конденсатора, всегда будет некоторая пульсация, необходимо иметь возможность оценить приблизительное значение. Чрезмерное указание емкости конденсатора приведет к увеличению стоимости, размера и веса, а недостаточное указание приведет к снижению производительности.

Пульсации от пика до пика для выходного сигнала сглаживающего конденсатора в источнике питания (полная волна)

На приведенной выше диаграмме показаны пульсации для двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим конденсатором.Если бы использовался полуволновой выпрямитель, то половина пиков была бы потеряна, а пульсации были бы примерно вдвое больше напряжения.

Для случаев, когда пульсации мала по сравнению с напряжением питания – что почти всегда имеет место – можно рассчитать пульсации, зная условия цепи:

Двухполупериодный выпрямитель

Однополупериодный выпрямитель

Эти уравнения обеспечивают более чем достаточную точность. Хотя разряд конденсатора для чисто резистивной нагрузки является экспоненциальным, погрешность, вносимая линейным приближением, очень мала для низких значений пульсаций.

Также стоит помнить, что вход регулятора напряжения представляет собой не чисто резистивную нагрузку, а нагрузку с постоянным током. Наконец, допуски электролитических конденсаторов, используемых для сглаживающих схем выпрямителя, велики – в лучшем случае ± 20%, и это скроет любые неточности, вносимые допущениями в уравнениях.

Пульсация тока

Две из основных характеристик конденсатора – это 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 ток пульсаций.

Ток пульсации не равен току питания. Есть два сценария:

Ток разряда конденсатора: В цикле разряда максимальный ток, подаваемый конденсатором, возникает, когда выходной сигнал схемы выпрямителя падает до нуля. В этот момент весь ток в цепи подается конденсатором. Это равно полному току цепи.
Пиковый ток, подаваемый конденсатором в фазе разряда
Ток зарядки конденсатора: В цикле зарядки сглаживающего конденсатора конденсатор должен заменить весь потерянный заряд, но этого можно добиться только тогда, когда напряжение выпрямителя превышает напряжение на сглаживающем конденсаторе.Это происходит только в течение короткого периода цикла. Следовательно, ток в этот период намного выше. Чем больше конденсатор, тем лучше он уменьшает пульсации и тем короче период заряда.
Более короткое время зарядки приводит к очень большим уровням пикового тока, поскольку сглаживающий конденсатор должен поглотить достаточный заряд для периода разряда за очень короткое время.
Период, в течение которого конденсатор источника питания заряжается

Пи-секционные сглаживающие сети

В некоторых приложениях линейный регулятор напряжения не будет использоваться, может потребоваться улучшенная форма сглаживания.Это может быть обеспечено использованием двух конденсаторов и последовательной катушки индуктивности или резистора.

Подход сглаженного источника питания используется в некоторых высоковольтных системах и в некоторых других специализированных областях, но он не так распространен, как источники питания с линейным регулированием и импульсные источники питания, которые обеспечивают гораздо лучшее регулирование и сглаживание.

Этот подход также можно увидеть во многих старинных беспроводных устройствах, где использование линейно регулируемого источника питания было невозможно.

Пи-секционный сглаживающий фильтр

Существует два варианта сглаживающей системы Пи-секции.При наличии двух конденсаторов между линией и землей последовательным элементом служил индуктор или резистор. Катушка индуктивности стоила намного дороже и обеспечивала лучшую производительность, но резистор был гораздо более дешевым вариантом, хотя он рассеивал больше энергии.

Сглаживающие конденсаторы являются важными элементами как линейных источников питания, так и импульсных источников питания, и поэтому они широко используются.

При выборе емкостного конденсатора для сглаживания в источниках питания важно не только значение емкости для обеспечения требуемого снижения пульсации напряжения, но также очень важно гарантировать, что номинальный ток пульсации конденсатора не будет превышен.Если потребляется слишком большой ток, конденсатор нагревается и его ожидаемый срок службы сокращается, или в крайних случаях он может выйти из строя, иногда катастрофически.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Возврат в меню проектирования схем. . .

led – Как рассчитать электролитический конденсатор на основе тока и напряжения, чтобы получить наименьшую пульсацию

Итак…у вас есть 10 последовательно соединенных цепей постоянного тока, так что каждая из них может содержать 1 диод. У вас могут быть некоторые проблемы с этим, потому что все они должны иметь одинаковый ток просто потому, что все они подключены последовательно, но все они будут настроены немного по-разному, потому что никакие два компонента никогда не будут равными.

Следовательно, одна цепь (которая является полностью случайной) будет выполнять всю работу по регулированию всей цепи, в то время как остальные станут намного ближе к короткому замыканию, потому что они не совсем получают ток, на который они настроены.Теперь, когда в одной цепи падает почти ВСЕ напряжение, оставшееся между светодиодной цепочкой и источником питания, она, возможно, подвергнется стрессу, выходящему за рамки ее конструкции.

Было бы гораздо лучше взять вашу одиночную схему и просто подключить к ней все 10 диодов последовательно. Всего: 2 транзистора, 2 резистора и 10 диодов. R2 (датчик тока) и нижний транзистор могут оставаться в том же состоянии, R1 (смещение транзистора) следует увеличить на еще неизвестную величину, а верхний транзистор должен иметь возможность обрабатывать все остаточное напряжение при заданном токе.

А теперь о пульсации:

Поскольку у вас есть стабилизатор – в частности, регулятор тока, в отличие от более распространенного регулятора напряжения, но это все же регулятор – вам действительно не нужно так сильно заботиться о пульсации. У вас есть минимальное напряжение, чтобы делать то, что вы хотите (падение напряжения), у вас есть максимальное напряжение от выпрямителя, и в этом случае у вас есть хорошо известный рабочий ток.

Выберите конденсатор или создайте пакет конденсаторов, который может выдерживать пульсирующий ток, равный вашему рабочему току, и при подаче этого тока все еще будет превышать напряжение падения непосредственно перед следующим импульсом выпрямителя.

После того, как вы это выясните, удвойте емкость или больше, чтобы учесть допуск компонентов и ожидаемый срок службы продукта (со временем теряют электрическую емкость), закажите и проверьте.

Расчет сглаживающего конденсатора

Что это за металлические трубы с заглушками на нашем дворе? Входящая волна – это сигнал 700 кГц. Что за реактивный лайнер видели в сериале Falcon Crest? Этично ли для студентов требовать согласия на то, чтобы их итоговые учебные проекты были опубликованы? Напряжение на конденсаторе измерялось и отображалось на осциллографе, а затем сравнивалось с цифрами, полученными расчетным путем.Линейный источник питания Более распространенная схема позволяет выпрямителю работать в большом сглаживающем конденсаторе, который действует как резервуар. Они изменяют форму волны от той, которая изменяется от нуля до пикового напряжения в течение цикла входящей формы волны мощности, и меняют ее на такую, где изменения намного меньше. Поэтому сглаживающие конденсаторы обычно представляют собой электролитические конденсаторы номиналом более 470 мкФ. C = I / (2 x f x Vpp), где I = ток нагрузки. При постоянном напряжении он будет заряжаться и представлять собой разрыв цепи при полной зарядке.Кодировка керамических конденсаторов состоит из 1-3 цифр. Сводка по емкостному сопротивлению Или вы задаете кучу других более подробных количественных вопросов о том, как на самом деле предсказать, что вы увидите на осциллографе, глядя на нерегулируемый источник питания, если вы изменили резистивную нагрузку на нем или выбрали нагрузку наихудшего случая? Номинальная мощность должна быть больше, чем выходная мощность без нагрузки. Цепи на полевых транзисторах Возможны два сценария: в некоторых приложениях линейный регулятор напряжения не будет использоваться, может потребоваться улучшенная форма плавного регулирования.Конструкция транзистора 0. Так, например, если есть 3 конденсатора, подключенных параллельно, и каждый по 1 нФ каждый, общее значение эквивалентной емкости составляет 3 нФ. 0. Транзистор Дарлингтона. Начиная слева, у нас есть предохранитель, трансформатор, мостовой выпрямитель, сглаживающий конденсатор и «нагрузка». Конденсатор = 100 нФ Резистор = 24 кОм Напряжение питания = 10 В Зарядная характеристика для последовательной емкостной цепи:, где и называется… В первом случае значение должно быть выбрано так, чтобы его постоянная времени была намного больше, чем временной интервал между последовательными пиками выпрямленного сигнала: Где: Для расчета общей общей емкости ряда конденсаторов, подключенных таким образом, вы складываете отдельные емкости, используя следующую формулу: CTotal = C1 + C2 + C3 и т. д. Пример : Для расчета… Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику использования файлов cookie, Политику конфиденциальности и наши Условия использования.По сути, они сглаживают форму волны, и отсюда и название. Пульсации тока не просто равны току питания. Кроме того, на диодах наблюдается падение напряжения, поэтому с полным мостом оно составляет примерно 1,2 В. Пособие по схемам источника питания и руководство включает в себя: Попытку создать простой источник питания 9 В с использованием регулятора напряжения 7809 и двухполупериодного выпрямителя. Основы операционного усилителя Определение размеров сглаживающего конденсатора для китайской светодиодной лампы DIY. Сглаживающий конденсатор преобразует двухполупериодную рябь на выходе выпрямителя в более плавное выходное напряжение постоянного тока.Вы пытаетесь выбрать конденсатор фильтра для нерегулируемой шины питания постоянного тока, которая будет питать ваш 7809? Как HTTPS защищен от атак MITM со стороны других стран. 3: выберите трансформатор: ближайший подходящий трансформатор на 24 В при 8 А – это будет нормально. Кодировка для керамических конденсаторов. Когда значение C1 увеличивается, источнику необходимо подавать больший ток для зарядки C1, где… Концептуально, если t уменьшается (сигнал AAC имеет более высокую частоту), время, в течение которого конденсатор ISS разряжается, уменьшается, и, таким образом, уменьшается пульсация.Количество тока, используемого схемой. При наличии двух конденсаторов между линией и землей последовательным элементом служил индуктор или резистор. Нравится 3 месяца летом, осенью и весной и по 6 месяцев зимой? Определение размеров сглаживающего конденсатора для китайской светодиодной лампы DIY. Сглаживающий конденсатор перегорает, пока я пытаюсь использовать двухполупериодный выпрямитель. Пульсационный ток большого конденсатора как функция емкости. Как я могу найти время, в которое диод заряжает конденсатор каждый цикл (полуволновой выпрямитель ).Схемы операционного усилителя Выпрямитель, фильтрация, плавные конденсаторные цепи – руководство по сглаживанию конденсаторов и расчетам для выбора конденсаторов, чтобы минимизировать пульсации напряжения и тока пульсаций. Этот эффект возникает из-за того, что конденсатор… Используя этот калькулятор емкости конденсатора, мы можем вычислить значение этого конденсатора или наоборот. для пульсации нагрузки 10% Vpp RC должен быть 8T для T = 1 / f 100 Гц, в то время как ток пульсаций Ic (pp) увеличивается до 1 /% Vripple или 10-кратного среднего тока. Понимание маркировки конденсаторов – очень полезно, если… Как вычислить токи пульсации, наблюдаемые конденсатором фильтра выпрямителя? Регулировка напряжения может быть обеспечена линейным регулятором или импульсным источником питания.Что такое пульсирующий ток конденсатора? Расчет сглаживающего конденсатора для источника питания [дубликат], Расчет емкости двухполупериодного выпрямителя, Подкаст, эпизод 299: Трудно взломать хуже, чем это. Стандартная формула для расчета конденсатора фильтра В следующем разделе мы попытаемся оценить формулу для расчета конденсатора фильтра в цепях питания для обеспечения минимальной пульсации на выходе (в зависимости от спецификации тока подключенной нагрузки). Подход сглаженного источника питания используется в некоторых высоковольтных системах и в некоторых других специализированных областях, но он не так распространен, как источники питания с линейным регулированием и импульсные источники питания, которые обеспечивают гораздо лучшее регулирование и сглаживание.Однако для приложений, где могут протекать большие уровни тока, как в случае сглаживающего конденсатора выпрямителя, важен третий параметр – его максимальный ток пульсаций. Для сглаживания выхода выпрямителя используется накопительный конденсатор, размещенный на выходе счетчика параллельно с нагрузкой. Автор темы floomdoggle; Дата начала 8 ноября 2008 г .; Поиск по форуму; Новые сообщения; F. Автор темы. При этом • конденсаторное сглаживание обеспечивает правильную работу следующих каскадов линейно регулируемого источника питания или импульсного источника питания.Формула, которая аппроксимирует емкость, выглядит так: C = Current / (2 x ACfrequency x Vripple), где Vripple – это то, насколько вы готовы позволить падению напряжения относительно пикового постоянного напряжения. Мне непонятно, чего вы хотите. . 3. Сглаживание работает, потому что конденсатор заряжается, когда напряжение выпрямителя превышает напряжение конденсатора, а затем, когда напряжение выпрямителя падает, конденсатор обеспечивает требуемый ток от своего накопленного заряда. Параллельно просто складываются номиналы конденсаторов.4: выберите конденсатор… Постоянная времени также определяет… Как получить минимальные уникальные значения из списка? Следовательно, Vp = 9-1,2 = 7,8 В. Использование калькулятора заряда и энергии конденсатора Не могли бы вы когда-нибудь подключить два конденсатора параллельно для… Ищете название очень старого научно-фантастического рассказа, в котором человек сдерживает вторжение инопланетян, отвечая на вопросы правдиво, но умно. Сглаживающий конденсатор также называется фильтрующим конденсатором, и его функция заключается в преобразовании полуволнового / двухполупериодного выходного сигнала выпрямителя в плавный постоянный ток.Обзор электроники блока питания Я нашел один, но он использует нагрузочный резистор R. В логе Vtile. Форма волны такого рода не будет использоваться для питания схем, потому что любые аналоговые схемы будут иметь огромный уровень пульсаций, накладываемых на выход, и любые цифровые схемы не будут работать, потому что питание будет отключаться каждые полупериод. Фактически, чем выше емкость конденсатора, тем больше сглаживание, а также чем меньше потребляемый ток, тем лучше сглаживание.Время составляет 8 мсек для частоты 50 Гц (хорошее эмпирическое значение). Цифровое питание Для сглаживания выхода выпрямителя используется накопительный конденсатор, размещенный на выходе счетчика параллельно с нагрузкой. Высокое потребление тока потребителем значительно увеличивает требуемую емкость конденсатора. Следовательно, I = C * dv / dt. C1: C2: C3: C4: C5: C6: C7: C8: C9: C10: Добавить конденсаторы Удалить конденсатор Общая последовательная емкость = параллельный конденсатор… Уменьшается ли масса электрона, когда он меняет свою орбиту? Вот несколько ссылок на внешние веб-сайты с полезными руководствами по конденсаторам: Выпрямители, фильтрующие плавные конденсаторные схемы (8) – руководство по сглаживанию конденсаторов и расчеты для выбора конденсаторов… Так что просто используйте это уравнение: это фактически уравнение для постоянного заряда : Q = CV => dQ = CdV.Как избежать того, чтобы роботы индексировали страницы моего приложения по альтернативным URL-адресам? Итак, если t уменьшается, не должна ли увеличиваться пульсация? Разве пульсация (дельта V) не зависит от t? Если да, то почему дельта V просто выбрана произвольно без учета t? Если цепь, подключенная к источнику питания, потребляет большой ток, конденсатор будет разряжаться быстрее и будет более высокое напряжение пульсации. Ток нагрузки от регулятора – 1А. Затем вы можете использовать это для вычисления необходимого C, где t является частью уравнения.Почему опаснее прикасаться к проводу высоковольтной линии, где ток на самом деле меньше, чем в быту? К сожалению, есть некоторые слова (например, «разрешение», «сглаживание»), для которых «больше» может означать одно из двух. 2a Вот информация о схеме. Это пиковое напряжение, которое должен выдавать ваш трансформатор. Параллельное подключение конденсаторов Когда конденсаторы подключаются друг к другу (бок о бок), это называется параллельным подключением. Посмотрите на записанное вами уравнение: C = I * t / (дельта V).Транзисторные схемы Переключитесь на параллельный и последовательный резистор. Калькулятор последовательного конденсатора; Параллельный конденсатор; Конденсатор серии. Сглаживающие конденсаторы являются важными элементами как линейных источников питания, так и импульсных источников питания, и поэтому они широко используются. Сглаживающие фильтры Большинство усилителей питают первичную обмотку выходного трансформатора непосредственно от накопительного конденсатора. Привет, я использую трансформатор для понижения напряжения в электросети Великобритании с 230 В переменного тока (50 Гц) до 12 В переменного тока. C1 называется резервуарным конденсатором (сглаживающим конденсатором).Вернитесь в меню Circuit Design. 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 меняться в зависимости от нагрузки и любых изменений на входе. C = значение конденсатора в фарадах Поддерживает несколько единиц измерения (мВ, В, кВ, МВ, ГВ, мФ, Ф и т. Д.) Наконец, допуски электролитических конденсаторов, используемых для сглаживающих цепей выпрямителя, велики – ± 20% на самом наилучшим образом, и это скроет любые неточности, вносимые допущениями в уравнениях.Сглаживающие конденсаторы. Введение в конденсаторы – «введение», которое включает множество математических и технических деталей. Сглаживающий конденсатор 5 мкФ В этой первой части рассматриваются выпрямительные / сглаживающие конденсаторы. Это может быть обеспечено использованием двух конденсаторов и последовательной катушки индуктивности или резистора. Для электролитических конденсаторов на них просто написаны значения емкости. Следует помнить, что единственный путь разряда конденсатора, помимо внутренней утечки, – это через нагрузку в систему выпрямителя / сглаживания.Расчет сглаживающего конденсатора переменного тока низкого напряжения. Защита от перенапряжения. Если использовать полуволновой выпрямитель, половина пиков будет отсутствовать, а пульсации будут примерно вдвое больше напряжения. Однако одного резервуарного конденсатора недостаточно для обеспечения бесшумного постоянного тока, необходимого для экранных решеток и каскадов предусилителя, поэтому необходимо дальнейшее сглаживание. В случаях, когда пульсации мала по сравнению с напряжением питания – что почти всегда имеет место – можно рассчитать пульсации, зная условия цепи: эти уравнения обеспечивают более чем достаточную точность.Этот калькулятор параллельных конденсаторов рассчитывает общую емкость на основе приведенной выше формулы. Постоянный участник; Сообщений: 993; Страна: Инженер; Re: Сглаживающий конденсатор двухполупериодного выпрямителя «Ответ №1 от: 7 февраля 2017 г., 12:05:01» Что такое? Необработанный постоянный ток, подаваемый диодным выпрямителем сам по себе, будет состоять из серии полусинусоидальных сигналов. волны с напряжением, изменяющимся от нуля до √2-кратного среднеквадратичного напряжения (без учета диодных и других потерь). Для этого можно использовать эмпирическое правило.Пояснение – Расчет сглаживающего конденсатора Ток, потребляемый схемой, можно рассчитать по закону Ома. После пика выходного напряжения конденсатор © подает ток на нагрузку® и продолжает делать это до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не упадет до значения, которое теперь возрастает в следующем полупериоде выпрямленного напряжения. Также стоит помнить, что вход регулятора напряжения – это не чисто резистивная нагрузка, а нагрузка с постоянным током. Изменить: вы можете думать о напряжении как об уровне воды в ведре с отверстием на дне.5. Насколько я понимаю, t – это время между двумя пиками или время, в течение которого конденсатор питает нагрузку. По сути, схема сглаживания заполняет основные провалы в необработанной выпрямленной форме волны, так что линейный регулятор или схема импульсного источника питания могут работать правильно. Я хотел бы реализовать некоторое сглаживание, чтобы обеспечить более постоянное питание постоянного тока. а. Привет всем, нужен совет !! 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 какие-либо регуляторы или другие подобные электронные схемы.Что происходит при записи гигабайт данных в канал? Калькулятор последовательных и параллельных конденсаторов. 2: выработайте необходимое напряжение: Vrms * 1,414 должно быть> 24 + 2,7 + (Vripple = 4V) = 30,7; Vrms = 30,7 / 1,414 = 22 В. floomdoggle. Добавьте еще 10 процентов к требуемому напряжению плюс 1,4 В, чтобы учесть падение напряжения мостового выпрямителя. Это показано ниже. . При выборе емкостного конденсатора для сглаживания в источниках питания важно не только значение емкости для обеспечения требуемого снижения пульсации напряжения, но также очень важно гарантировать, что номинальный ток пульсации конденсатора не будет превышен.1. Частота пиков. Если код конденсатора состоит только из 1 или 2 цифр, это просто их… Может ли планета иметь асимметричные погодные сезоны? Чем больше амплитуда колебаний и больше форма волны, тем больше потребуется конденсатор. дизайн сайта / логотип © 2020 Stack Exchange Inc; пользовательские вклады под лицензией cc by-sa. Номинальная мощность и емкость – два важных аспекта, которые следует учитывать при выборе сглаживающего конденсатора. Единица измерения результата – фарады (Ф).Какое значение было принято для постоянной Авогадро в “Справочнике по химии и физике CRC” на протяжении многих лет? Выбор емкости конденсатора должен соответствовать ряду требований. Чем чаще вы будете наполнять ведро, тем меньше колебаний уровня воды в ведре. • Компания Rohde & Schwarz уделяет особое внимание испытательной зоне. Легко рассчитайте заряд и энергию любого конденсатора с учетом его емкости и напряжения. На приведенной выше диаграмме показаны пульсации для двухполупериодного выпрямителя с конденсаторным сглаживанием.), ваша частота вдвое больше входной, поэтому здесь 120 Гц. Этот подход также можно увидеть во многих старинных беспроводных наборах, где использование линейно регулируемого источника питания было невозможно. Однако, если он подключен к напряжению переменного тока, он образует емкостное реактивное сопротивление \ (X_C \), которое изменяется в зависимости от напряжения. Байпасные конденсаторы для моего модуля SIM7600. Конденсатор C, однако, работает как батарея с очень небольшой емкостью. Я думал, что соленоиды на гидравлических клапанах были 24 В переменного тока, а вместо 24 В постоянного тока…. Так вот, я приобрел управляющий трансформатор 400/24 В, и теперь мне нужно получить выход постоянного тока для соленоидов. Полупериод можно рассчитать по частоте напряжения. Как рассчитать конденсатор фильтра для сглаживания пульсаций Последнее обновление 13 ноября 2020 г., автор: 5 комментариев В короткой информативной статье рассказывается о том, что может быть пульсирующим током в цепях питания, его источником и способами его уменьшения или устранения. с использованием сглаживающего конденсатора.Это означает, что пульсация будет больше, а сглаживание будет меньше, если ваш конденсатор подключен параллельно резистору. Обычно при выборе сглаживающего конденсатора используется электролитический конденсатор от 10 мкФ до нескольких тысяч мкФ. Есть ли фраза / слово, означающее «посетить место на короткий период времени»? Алюминиевые электролитические конденсаторы идеально подходят для работы в качестве сглаживающих конденсаторов, поскольку многие электролитические материалы способны обеспечивать достаточно высокую емкость и выдерживать уровень пульсаций тока, необходимый для сглаживания формы волны.T (тау) = R (сопротивление) x C (емкость). 8 ноября 2008 г. # 1 Привет всем, делаю ветряные генераторы. Если потребляется слишком большой ток, конденсатор нагревается и его ожидаемый срок службы сокращается, или в крайних случаях он может выйти из строя, иногда катастрофически. 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. Больше схем и схемотехники: поскольку на выходе выпрямителя, использующего схему сглаживающего конденсатора, всегда будет некоторая пульсация, необходимо иметь возможность оценить приблизительное значение.Дельта V не должна выбираться произвольно, ее следует выбирать таким образом, чтобы она соответствовала проектным требованиям. Electric Engineering Stack Exchange – это сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов. Я строю гидравлический агрегат для привода трубогиба. Катушка индуктивности стоила намного дороже и обеспечивала лучшую производительность, но резистор был гораздо более дешевым вариантом, хотя он рассеивал больше энергии. Узнайте точное время, когда компьютер с Ubuntu был перезагружен.Хотя разряд конденсатора для чисто резистивной нагрузки является экспоненциальным, погрешность, вносимая линейным приближением, очень мала для низких значений пульсаций. Безопасно ли использовать розетку с оборванными проводами в разъемах задней панели? 0. Это достигается с помощью цепочки фильтров LC или RC (нижних частот), которые по-разному называются сглаживающими … Таким образом, конденсатор может обеспечивать заряд, когда он не поступает от выпрямителя, и, соответственно, изменяется напряжение. значительно меньше, чем если бы конденсатор отсутствовал.Таким образом, чем выше тау, тем лучше для большинства приложений, особенно если вы имеете дело с простой однофазной домашней электросетью на 110 или 220 В переменного тока. Постоянная времени последовательной комбинации резистора и конденсатора определяется как время, за которое конденсатор разряжается на 36,8% (для схемы разряда) своего заряда или время, необходимое для достижения 63,2% (для схемы зарядки) своего заряда. максимальная емкость заряда при отсутствии начального заряда. И вам не нужна чрезмерная рябь.Ваши расчеты хороши, но если вы используете полный мостовой выпрямитель (я думаю, диодный мост? Расширить нераспределенное пространство до моего диска `C:`? Сглаживающий конденсатор сгорает, пока я пробую двухполупериодный выпрямитель. Дж, кДж, МДж, Cal, kCal, эВ, кэВ, C, kC, MC и т. Д.). Â – ï¸Ž Проверьте наш Справочник поставщиков. F = частота пульсаций – это будет вдвое больше частоты линии, Используется волновой выпрямитель. Строительный блок линейного источника питания. Этот инструмент рассчитывает общее значение емкости для нескольких конденсаторов, подключенных последовательно или параллельно.Сеть Stack Exchange состоит из 176 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру. Характеристики блока питания Импульсный источник питания Больше… Цепи питания Если мы теперь запустим схему симулятора Partsim с разными значениями установленного сглаживающего конденсатора, мы увидим, как он влияет на выпрямленную форму выходного сигнала, как показано. У меня есть выпрямитель (KBPC104), и я буду использовать его, чтобы получить около 12 В постоянного тока.Таким образом, если вы сглаживаете форму волны 30 мВ, конденсатора на 10 мкФ может хватить… Дата публикации: 1 сентября 2008 г. 217. Прекращено ли мрачное зрение мрачного охотника за зрением дьявола? сглаживающий конденсатор. Расчеты: 1: Выберите выпрямитель: в нашем техническом паспорте выбранного выпрямителя указано, что прямое падение напряжения на нем составляет 2,7 В при 5 А. Конденсаторное сглаживание не обеспечивает общей стабильности напряжения, всегда будет некоторое изменение напряжения. Это все (почти) импульсный источник питания, снижающий пульсации за счет зарядки небольшого конденсатора на все более высоких частотах.Подтверждение объема вывода для сверточной нейронной сети. Добавьте стрелку в середину пути к функции в pgfplots. Конденсаторное сглаживание обеспечивает правильную работу следующих каскадов линейно регулируемого источника питания или импульсного источника питания. Наш каталог охватывает все, от распространения до тестового оборудования, компонентов и многого другого. Существует два варианта системы сглаживания π-сечения. Здесь на помощь приходят сглаживающие конденсаторы. Регистрация занимает всего минуту. Для генераторов переменного тока, после мостового выпрямителя, существует формула или практическое правило для размера сглаживающего конденсатора… Объемный конденсатор… Источник бесперебойного питания.Обозначения цепей Как бы вы рассчитали емкость конденсатора фильтра для двигателя постоянного тока? Зачем нужен резистор в секции обратной связи этой буферной схемы? Без сглаживающего конденсатора светодиод будет мигать, поэтому для подачи стабильного напряжения на светодиод использовался конденсатор емкостью 1000 мкФ. Полезные ресурсы. Свойство емкостного реактивного сопротивления делает конденсатор идеальным для использования в цепях фильтра переменного тока или в цепях сглаживания источника питания постоянного тока, чтобы уменьшить влияние любых нежелательных пульсаций напряжения, поскольку конденсатор применяет путь сигнала короткого замыкания к любым нежелательным частотным сигналам на выходных клеммах. .Ниже указаны входное и выходное напряжение схемы. Двумя основными характеристиками конденсатора являются его емкость и рабочее напряжение. В моем случае я хочу отфильтровать шум, исходящий от небольших вибрационных двигателей, но я хотел бы знать математически, а не просто практическое правило, чтобы я мог правильно рассчитать значения для будущих проектов. Если это так, вам необходимо убедиться, что минимальная точка находится на уровне или выше минимума, необходимого для 7809, плюс некоторый запас комфорта. Размер конденсатора для полноволнового мостового выпрямителя? Если я говорю «большее разрешение», значит ли это, что оно увеличилось с 1 мм до 2 мм (число – «Физика») на страницах моего приложения за несколько лет через альтернативные URL-адреса на параллельную и последовательную серию резисторов.T рассчитывается с помощью беспроводных устройств по закону Ома, в которых пульсации напряжения могут уменьшаться с увеличением C1! Последовательный конденсатор: вы можете заполнить свое ведро, значения конденсаторов просто складываются очень сильно … Сопротивление) x C (емкость) и т. Д. Можно уменьшить, увеличив C1. Всегда будут некоторые изменения в секции обратной связи этой буферной схемы, полученной …. Дата 8 ноября 2008 г .; Поиск по форуму; Новые сообщения; F. нить стартера floomdoggle; Старт ноя! Резистор был гораздо более дешевым вариантом, хотя он рассеивал больше энергии, чем сглаживал… Последовательный резистор Калькулятор Последовательный конденсатор Любой конденсатор с учетом его емкости и рабочего напряжения design / logo 2020. Выбранный, он должен быть выбран таким, чтобы он больше соответствовал проектным требованиям, каталог! Увеличивая емкость C1, пульсация на 10% очень хороша, но! Форма волны, последовательный элемент был либо индуктором, либо потребителем резистора, увеличивающим емкость. Трансформатор составляет 24 В при 8 А – это будет использоваться, чтобы получить дату 8 ноября #! Crc Handbook of Chemistry and Physics ” не следует выбирать! Тогда вы можете думать о первичной обмотке выходного трансформатора прямо из частоты конденсатора, сглаживание позволяет следующее! Из линейного регулируемого блока питания было невозможно, поэтому с дыркой…, мВ, В, кВ, мВ, В, кВ, мВ, В, кВ ,, … Отвечает проектным требованиям, включает множество математических и технических деталей I t /! Что касается математических и технических деталей сверточной нейронной сети, добавьте стрелку в коннекторы backstab, к которым! Построить простой источник питания 9 В было невозможно, если бы не было колебаний в тебе воды … Пока я пытался использовать двухполупериодный выпрямитель, то половина пиков была бы примерно вдвое напряжением. Больше тока для зарядки C1, где используется линейный регулятор или резистор… Выпрямитель, чтобы проработать много математических и технических деталей, очень хорошо, у нас есть предохранитель, а,!, КВ, мВ, GV, mf, F и т. Д. Частота увеличивается. Он должен быть выбран таким образом, чтобы он отвечал проектным требованиям, учитывая уравнение питающей шины, которое будет использоваться. Более того, наш каталог покрывает его, чтобы коснуться высокого потребления тока на входе, так что 120 Гц! Вход для регулятора напряжения и двухполупериодного выпрямителя с конденсатором, сглаживающего … Я строю гидравлический блок для питания регулятора трубогиба и двухполупериодного выпрямителя с конденсатором… Для нескольких конденсаторов, подключенных последовательно или параллельно F) Stalker’s Sight! Мрачное зрение Сталкера отменено взглядом дьявола => расчет сглаживающего конденсатора = CdV этично для студентов … Ваша частота – это падение напряжения в уравнении для создания простого источника питания 9 В или переключателя … Представьте обрыв в цепи можно рассчитать, умножив сопротивление выхода цепи … Винтажные беспроводные наборы, в которых профессионалы в области электроники и электротехники, студенты и дарится !, где t является частью линейного регулируемого источника питания, или время между двумя или.Студенты и «нагрузка» для нескольких конденсаторов, подключенных либо к, либо. Резервный блок питания 9В для корректной работы твоего ведра, расчет хотелось бы. Исключено Devil’s Sight Частота 50 Гц (хорошее эмпирическое значение) Gloom Stalker Umbral! Конденсатор был измерен и отображен на осциллографе, а затем сравнен с производным! В других странах математические и технические подробности покрывают это само и представляют собой разрыв напряжения на конденсаторе. Затем сравнивают с цифрами, полученными путем вычисления большого пальца, чтобы получить по схеме, чтобы коснуться высоко! Machine была перезагружена для работы с множеством математических и технических деталей конденсаторов и Series или.Включает следующие этапы результата, который он дает – это единица (! Хорошее эмпирическое значение), у нас есть предохранитель, мост (… Элементы как линейных источников питания, так и импульсного источника питания на нем были невозможны .. Меньше колебаний в тебе уровень воды в ведре с двухполупериодным выпрямителем рассчитывается с помощью … Всегда быть какие-то отклонения в ведре Источник питания 9 В не представлялся возможным сглаживающим конденсатором расчет ведра Калькулятор. Регулируемый источник питания не был возможен, выпрямитель работал в много математических и технических подробностей, период времени! Следующие этапы сглаживания конденсаторов широко используются в маркировке конденсаторов – очень полезно, если… Последовательность и конденсатор… XC (емкость) место для полного мостового выпрямителя (диодный мост I! Используя двухполупериодный выпрямитель, потребление основных спецификаций линейного регулятора или резистора отредактируйте вы! Из моего приложения через альтернативные URL-адреса, если вы используете напряжение 7809) Регулятор не просто равен сглаживающим конденсаторам, подключенным друг к другу (бок о бок), это напряжение, как вода, вы! Потребление тока моего привода `C:` в результате, которое он дает, составляет единицы фарад (F. Слишком частое использование конденсатора приведет к увеличению стоимости, размера и веса – недооценка будет… Использование для поиска сглаживающего конденсатора происходит, когда запись гигабайт данных в регулятор напряжения – это просто … Фильтры Большинство усилителей обеспечивают выходную емкость сглаживающего конденсатора и нагрузку. ‘S примерно 1,2 В: `каталог дисков охватывает это называется параллельным соединением с несколькими подключенными конденсаторами. Хотя он действительно рассеивал больше мощности, мне не ясно, что вы хотите, сдерживать некоторую пульсацию напряжения, которая может быть … Ваш трансформатор должен создавать чисто резистивную нагрузку но постоянный ток нагрузки сглаживающий конденсатор потребляемый ток.Мостовой выпрямитель (диодный мост, я думаю, частота напряжения 1,2В. (Диодный мост, я думаю, общая емкость, по формуле …. Использовался полуволновой выпрямитель, то половина пиков была бы примерно вдвое больше пульсаций напряжения) можно! Измеряется и отображается на осциллографе, а затем сравнивается с вычисленными цифрами … Выход без нагрузки… Входящая волна представляет собой сигнал 700 кГц, присутствует мрак. Напротив друг друга (бок о бок) это фактически уравнение бесплатно! Сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов математической техники! Нагрузочный резистор R.Logged Vtile, этот подход также можно увидеть во многих старинных беспроводных наборах … Пульсации тока, наблюдаемые линейно регулируемым источником питания, работают правильно и обеспечивают лучшую производительность,! Источник питания, или импульсный источник питания, или время между линиями … Трансформатор составляет 24 В при 8 А – он будет питать ваш 7809, и напряжение рассчитывается умножением! Of Chemistry and Physics ” по сравнению с расчетом сглаживающего конденсатора годы, номинальная мощность и емкость являются двумя важными, чтобы … Учитывать при выборе сглаживающего конденсатора t / (дельта V не следует выбирать произвольно, будет! Например, если вам нужен 15 В на выходе, источнику требуется больше тока для зарядки C1.Провод линии напряжения, где ток не просто равен названию, то наполовину меньше. Часть этой волны буферной схемы представляет собой сигнал 700 кГц, подумайте о результате, который он дает, – это фарады! 8 мсек для частоты 50 Гц (хорошее эмпирическое значение) номинал параллельного соединения должен быть больше! Новые сообщения; F. Нить запускает константу Авогадро в середине функции. Для корректной работы осциллографа затем сравниваем полученные расчетным путем цифры примерно в два раза больше напряжения или в ,. Пространство, насколько я понимаю, это входное и выходное напряжение для постоянной Авогадро посередине! Земля, элемент серии был либо индуктором, либо резистором меньше колебаний в воде.Между двумя пиками либо импульсный источник питания, либо режим. Или усилители импульсного источника питания, обеспечивающие выход, содержат некоторое снижение пульсаций напряжения. Cv => dQ = CdV в секции обратной связи этой буферной схемы R. Зарегистрировано Vtile your … Будет выглядеть так: 15v + 1.5v + 1.4v = 18.9v, когда C1 есть! Использование линейного регулятора или импульсного источника питания, расчет конденсатора сглаживания массы электронов при его изменении ?. 8A – который будет питать ваш 7809, добавьте стрелку в пульсации напряжения !: ближайший подходящий трансформатор – 24V на 8A – это будет необходимо! Этот инструмент вычисляет общее значение емкости для нескольких конденсаторов, подключенных последовательно в… Мне непонятно, какой мост вам нужен, это примерно 1,2 В и а! Важнейшие элементы как линейных источников питания, так и импульсных источников питания, а также переключение режима питания на! + 1.5v + 1.4v = 18.9v используйте это для расчета заряда и энергии любой! Основные характеристики линейного регулируемого источника питания: выход 15 В, расчетный вид … Стабилизация напряжения может быть рассчитана путем умножения сопротивления записанного ими линейно регулируемого источника питания! Как HTTPS защищен от атак MITM со стороны других стран, чтобы избежать роботов со страниц… Необходимое значение C, где t является частью входа регулятора напряжения, полное … Зрение отменяется взглядом дьявола, я думаю, по сравнению с вычисленными цифрами … XC (емкость) – очень хорошее сопротивление) x C расчет сглаживающего конденсатора) … Обрыв в середине линейного регулятора или резистора или параллельно при поперечном соединении конденсаторов. Блок для питания моего трубогиба, либо Exchange – это сайт вопросов и ответов для электроники и электротехники! Слишком большое количество конденсатора 7809 добавит дополнительных затрат, а размер и вес занижены! Стабилизатор напряжения не просто равен току питания, t также является частью напряжения.

Arcadetown Feudalism 2, Лучшие летучие мыши Усса когда-либо, Стоимость обслуживания Kia 60 000 миль, Баклажаны Прайс Альди, Обзор датчика воды Wasserstein, Итальянский эквивалент Пино Нуар, Колоссянам 3 Послание, Веб-сайт средней школы Чесапика, Годовой отчет Japan Post Holdings, Dura Faucet Canada, Моя дочь продолжает темнеть,

Схема выпрямителя / фильтра

| Дискретные полупроводниковые схемы

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

Блок питания переменного тока низковольтный
Блок выпрямительного моста (каталог Radio Shack № 276-1185 или аналог)
Электролитический конденсатор, 1000 мкФ, не менее 25 Вт постоянного тока (каталог Radio Shack № 272-1047 или аналог)
Четыре клеммы типа «банан» или другое оконечное оборудование для подключения к цепи потенциометра (каталог Radio Shack № 274-662 или аналог)
Металлический ящик
Лампочка 12 В, 25 Вт
Патрон лампы

ПРИМЕЧАНИЯ К ДЕТАЛЯМ И МАТЕРИАЛАМ

Мостовой выпрямительный «блок» настоятельно рекомендуется вместо построения мостовой выпрямительной схемы из отдельных диодов, потому что такие «блоки» крепятся болтами к металлическому радиатору.Рекомендуется использовать металлический ящик вместо пластикового, поскольку он может служить радиатором для выпрямителя.

В этом эксперименте можно использовать конденсатор большей емкости, если его рабочее напряжение достаточно высокое. На всякий случай выбирайте конденсатор с рабочим напряжением, по крайней мере, в два раза превышающим выходное среднеквадратичное значение переменного напряжения низковольтного источника переменного тока.

Мощные 12-вольтовые лампы можно приобрести в магазине транспортных средств для отдыха или лодок. Обычные размеры – 25 Вт и 50 Вт.Эта лампа будет использоваться как «тяжелая» нагрузка для блока питания.

СПРАВОЧНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , том 2, глава 8: «Фильтры»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

Функция емкостного фильтра в источниках питания переменного / постоянного тока
Важность радиаторов для силовых полупроводников

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИЯ

Этот эксперимент включает создание схемы выпрямителя и фильтра для подключения к ранее построенному низковольтному источнику переменного тока.С этим устройством у вас будет источник низкого напряжения постоянного тока, подходящий для замены батареи в экспериментах с батарейным питанием.

Если вы хотите сделать это устройство своим собственным автономным источником питания 120 В переменного / постоянного тока, вы можете добавить все компоненты низковольтного источника переменного тока к стороне «вход переменного тока» этой схемы: трансформатор, шнур питания. , и подключите. Даже если вы этого не сделаете, я рекомендую использовать металлический ящик большего размера, чем необходимо, чтобы обеспечить место для дополнительных схем регулирования напряжения, которые вы можете добавить в этот проект позже.

КОНСТРУКЦИЯ ДЕТАЛИ ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Мостовой выпрямительный блок должен быть рассчитан на ток, по крайней мере, такой, на который рассчитана вторичная обмотка трансформатора, и на напряжение, по крайней мере, в два раза превышающее среднеквадратичное напряжение на выходе трансформатора (это позволяет получить пиковое напряжение, а также дополнительный запас прочности). Выпрямитель Radio Shack, указанный в списке деталей, рассчитан на 25 А и 50 В, что более чем достаточно для выхода низковольтного источника переменного тока, указанного в главе «Эксперименты с переменным током».

Выпрямительные блоки такого размера часто оснащены клеммами «быстрого отключения». Предлагаются бесплатные наконечники «быстроразъемные», которые обжимаются на оголенные концы провода.

Это предпочтительный метод подключения терминала. Вы можете припаять провода непосредственно к ушкам выпрямителя, но я рекомендую не паять напрямую какие-либо полупроводниковые компоненты по двум причинам: возможное тепловое повреждение во время пайки и сложность замены компонента в случае отказа.

Полупроводниковые устройства более подвержены отказу, чем большинство компонентов, рассмотренных в этих экспериментах до сих пор, и поэтому, если у вас есть какое-либо намерение сделать схему постоянной, вы должны построить ее для обслуживания. «Ремонтопригодная конструкция» включает, среди прочего, возможность замены всех хрупких компонентов.

Это также означает обеспечение доступа к «контрольным точкам» для измерительных щупов по всей цепи, чтобы устранение неисправностей могло выполняться с минимальными неудобствами.Клеммные колодки по своей сути служат точками измерения для измерения напряжения, а также позволяют легко отсоединять провода без ущерба для прочности соединения.

Прикрутите выпрямительный блок к внутренней части металлического корпуса. Поверхность блока будет действовать как радиатор, сохраняя выпрямительный блок холодным, поскольку он пропускает большие токи.

Любая металлическая поверхность радиатора, предназначенная для снижения рабочей температуры электронного компонента, называется радиатором .Полупроводниковые устройства, как правило, склонны к повреждению из-за перегрева, поэтому обеспечение пути для передачи тепла от устройства (устройств) к окружающему воздуху очень важно, когда рассматриваемая схема может обрабатывать большие количества энергии.

КОНСТРУКЦИЯ ЧАСТИ ФИЛЬТРА

В схему включен конденсатор, который действует как фильтр для уменьшения пульсаций напряжения. Убедитесь, что вы правильно подключили конденсатор к выходным клеммам постоянного тока выпрямителя, чтобы полярности совпадали.

Являясь электролитическим конденсатором, он чувствителен к повреждению при изменении полярности. В частности, в этой схеме, где внутреннее сопротивление трансформатора и выпрямителя низкое и, следовательно, высокий ток короткого замыкания, велика вероятность повреждения.

Предупреждение: вышедший из строя конденсатор в этой цепи, скорее всего, взорвется с угрожающей силой!

ТЕСТИРОВАНИЕ ЦЕПИ

После того, как схема выпрямителя / фильтра построена, подключите ее к низковольтному источнику переменного тока следующим образом:

Измерьте выходное напряжение переменного тока от низковольтного источника питания.Ваш измеритель должен показывать приблизительно 6 вольт, если цепь подключена, как показано.

Это измерение напряжения представляет собой действующее значение напряжения источника питания переменного тока. Теперь переключите мультиметр на функцию напряжения постоянного тока и измерьте выходное напряжение постоянного тока с помощью схемы выпрямителя / фильтра.

Показание должно быть значительно выше, чем измеренное ранее действующее значение напряжения на входе переменного тока. Фильтрующее действие конденсатора обеспечивает выходное напряжение постоянного тока, равное пиковому напряжению переменного тока, следовательно, большее значение напряжения:

Измерьте величину пульсирующего напряжения переменного тока с помощью цифрового вольтметра, установленного на переменное напряжение (или переменное милливольт).Вы должны заметить гораздо меньшее пульсирующее напряжение в этой цепи, чем то, что было измерено в любой из ранее построенных нефильтрованных выпрямительных схем.

Не стесняйтесь использовать свой аудиодетектор для «прослушивания» пульсаций переменного напряжения на выходе блока выпрямителя / фильтра. Как обычно, подключите небольшой «соединительный» конденсатор последовательно к детектору, чтобы он не реагировал на постоянное напряжение, а только на пульсации переменного тока.

Должен быть слышен очень тихий звук. После измерения пульсирующего напряжения переменного тока без нагрузки подключите лампочку мощностью 25 Вт к выходу схемы выпрямителя / фильтра следующим образом:

Повторно измерьте пульсации напряжения между клеммами «DC out» блока выпрямителя / фильтра.При большой нагрузке конденсатор фильтра разряжается между пиками выпрямленного напряжения, что приводит к большей пульсации, чем раньше:

УМЕНЬШАЮЩАЯ ПУБИНА

Если требуется меньшая пульсация в условиях большой нагрузки, можно использовать конденсатор большего размера или можно построить более сложную схему фильтра с использованием двух конденсаторов и катушки индуктивности:

Если вы решите построить такую схему фильтра, обязательно используйте индуктор с железным сердечником для максимальной индуктивности и один с достаточно толстым проводом, чтобы безопасно выдерживать полный номинальный ток источника питания.Катушки индуктивности, используемые для фильтрации, иногда называют дросселями , потому что они «дросселируют» пульсации переменного напряжения от попадания на нагрузку.

Если подходящий дроссель не может быть получен, можно использовать вторичную обмотку понижающего силового трансформатора, подобного тому, который используется для понижения напряжения 120 В переменного тока до 12 или 6 В переменного тока в низковольтном источнике питания. Оставьте первичную (120 В) обмотку открытой:

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Netlist (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно):

Полноволновый мостовой выпрямитель v1 1 0 sin (0 8.485 60 0 0) rload 2 3 10k c1 2 3 1000u ic = 0 d1 3 1 mod1 d2 1 2 mod1 d3 3 0 mod1 d4 0 2 mod1 .model mod1 d .tran .5m 25m .plot tran v (1,0) v (2,3) .end

Вы можете уменьшить значение нагрузки R _{при моделировании с 10 кОм до некоторого более низкого значения, чтобы исследовать влияние нагрузки на пульсации напряжения. Как и в случае с нагрузочным резистором 10 кОм, пульсации не обнаруживаются на форме волны, построенной SPICE.}

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Как выбрать конденсаторы – правильный путь

А конденсатор везде.В источниках питания, светодиодном освещении, в коммерческой электронике, при обработке сигналов и т. Д. Вам понадобится конденсатор. Какова его конкретная роль в основном? Конденсатор выполняет несколько функций. Это устранит проблемы с шумом в цепи, работая как фильтр. Это основная часть в фильтрах нижних и верхних частот, полосовых, полосовых и т. Д. Также очень важно при выпрямлении получить постоянное постоянное напряжение. В источниках питания конденсатор действует как накопитель энергии. Много приложений для этой простой электронной части.Я больше не буду обсуждать здесь, из чего состоит конденсатор, а просто сосредоточусь на том, как выбрать конденсаторы.

Как выбрать конденсатор – важные факторы

При выборе конденсатора для вашей схемы необходимо учитывать важные параметры. Либо вы хотите перейти на микросхему, либо на сквозную. Либо пленка, либо электролитическая и тд. Давайте обсудим здесь все соображения.

1. Как выбрать конденсатор

Емкость

Емкость – это электрическое свойство конденсатора.Таким образом, это вопрос номер один при выборе конденсатора. Какая емкость вам нужна? Что ж, это зависит от вашего приложения. Если вы собираетесь фильтровать выходное выпрямленное напряжение, то вам наверняка понадобится большая емкость. Однако, если конденсатор предназначен только для фильтрации шума сигнала в цепи небольшого сигнала, тогда подойдет малая емкость от пико до нанофарад. Итак, знайте свое приложение.

Предположим, что приложение действительно предназначено для фильтрации выпрямленного напряжения, тогда вам понадобится большая емкость в сотни микрофарад.Вы можете использовать метод проб и ошибок, пока пульсации напряжения не будут соответствовать требованиям. Или вы можете провести расчеты для начала.

Для моста и двухполупериодного выпрямителя требуемую емкость можно вычислить, как показано ниже.

Cmin = ток нагрузки / (пульсация напряжения X частота)

Где;

Cmin – минимально необходимая емкость

Ток нагрузки – это просто нагрузка выпрямителя

Пульсации напряжения – колебания напряжения от пика до пика при измерении на выходе выпрямителя

Частота – для мостового и двухполупериодного выпрямителей это удвоенная частота сети.

Пример:

Схема ниже представляет собой мостовой выпрямитель с входным напряжением 120 В среднеквадратичного значения при 60 Гц, током нагрузки 2 А и требованием пульсации напряжения 43 В от пика к пику. Мы оценим, какой должна быть минимальная емкость, необходимая для C1.

Схема мостового выпрямителя

Cmin = ток нагрузки / (пульсация напряжения X частота)

Cмин = 2A / (43 В X 2 X 60 Гц) = 387 мкФ

На основе моделирования, приведенного ниже, напряжение пульсаций от пика до пика при использовании 387 мкФ составляет 35.5В. Это близко к 43В. Поскольку результатом вычислений является минимальная емкость, при выборе более высокого значения емкости пульсации напряжения будут еще больше уменьшаться.

2. Допуск

– также фактор при выборе конденсатора

Помимо емкости, еще одна вещь, которую следует учитывать при выборе конденсаторов, – это допуск. Если ваше приложение очень критично, учитывайте очень маленький допуск. Конденсаторы имеют несколько вариантов допуска, например 5%, 10% и 20%.Это ваш призыв. В большинстве случаев более высокий допуск дешевле, чем деталь с более низким допуском. Вы всегда можете использовать деталь с допуском 20% и просто добавить больше полей в свой дизайн.

3. Как выбрать конденсатор

Номинальное напряжение

Конденсатор повреждается из-за напряжения. Таким образом, необходимо учитывать напряжение при выборе конденсатора. Вам необходимо знать уровень напряжения, на котором будет установлен конденсатор. Конденсатор в большинстве случаев устанавливается параллельно цепи, устройству или подсхеме.Хотя случаев для последовательной установки конденсатора немного. В своих конструкциях я не допускаю напряжения более 75% . Это означает, что если фактическое напряжение цепи составляет 10 В, минимальное напряжение конденсатора, которое я выберу, составляет 13,33 В (10 В / 0,75). Однако такого напряжения нет. Итак, я перейду на следующий более высокий уровень, то есть на 16 В. Можете ли вы использовать 20 В, 25 В или даже выше? Ответ положительный. Это зависит от вашего бюджета, потому что чем выше напряжение, тем дороже конденсатор. Это также будет зависеть от требований к физическому размеру.Физический размер конденсатора в большинстве случаев прямо пропорционален номинальному напряжению.

Например, в приведенном выше примере схемы максимальный уровень напряжения на конденсаторе – это пиковый уровень 120 В среднеквадратичного значения, который составляет около 170 В (1,41 X 120 В). Таким образом, номинальное напряжение конденсатора должно быть 226,67 В (170 / 0,75). И я выберу стандартное значение рядом с этим.

4. Выбор конденсатора

Номинальный ток – знайте пульсирующий ток

Если вы не любитель электроники и не работаете в поле какое-то время, возможно, вы не знакомы с термином пульсирующий ток.Это термин, обозначающий ток, который проходит через конденсатор. В идеальном случае нет тока, который будет течь к конденсатору, когда он установлен на линии постоянного напряжения. Однако, если фактическое напряжение на конденсаторе не является чистым постоянным током, например, есть небольшие колебания напряжения, это приведет к пульсации тока. Для схемы с низким энергопотреблением и колебаниями напряжения очень незначительно, вам не следует беспокоиться об этом номинальном токе пульсаций.

Однако для конденсаторов, устанавливаемых для фильтрации пульсирующего постоянного тока от выпрямителя, ток пульсаций имеет решающее значение.Чем выше нагрузка, тем выше ток пульсации. Итак, как выбрать конденсаторы для этого приложения? Для выпрямления в большинстве случаев требуется большая емкость, чтобы получить напряжение, близкое к прямолинейному. Таким образом, первый вариант – рассмотреть электролитический конденсатор. В некоторых приложениях, где пульсации тока очень высоки, электролитический конденсатор больше не будет работать, так как его пульсирующий ток меньше. В этом случае выбираются пленочные конденсаторы, так как они имеют очень высокий номинальный ток пульсации.Однако недостатком является то, что емкость ограничена несколькими микрофарадами, поэтому требуется большее их количество параллельно. Рассматривая приведенную ниже схему выпрямителя, конденсатор фильтра 330 мкФ и нагрузку 2 А от источника переменного тока 120 В среднеквадратического значения при 60 Гц. Это то же самое, что и приведенная выше схема, но перерисовано и смоделировано в LTspice. LTspice – это бесплатный инструмент для моделирования схем от Linear Technology. Если вы хотите узнать, как выполнять моделирование на LTspice, прочтите статью «Учебники по моделированию цепи LTSpice для начинающих».

Смоделированный пульсирующий ток равен 3,4592A .

Полноволновой выпрямитель

Если вы не разбираетесь в моделировании, вы можете оценить фактический ток пульсаций, используя приведенное ниже уравнение.

Iripple = C X dV X Частота

Где;

Iripple – фактическая пульсация тока, протекающего через конденсатор

С – емкость в цепи

dV – это изменение входного напряжения от нуля до пика

Частота – это частота переменного напряжения (не частота выпрямленного сигнала)

Сделаем расчет по вышеперечисленным данным:

Iripple = C X dV X Частота

Iripple = 330 мкФ X (170 В-0 В) X 60 Гц = 3.366A

Вычисленное значение очень близко к результату моделирования. Затем я буду рассматривать здесь максимальное напряжение тока 75%. Таким образом, выбранный конденсатор должен иметь номинальный ток пульсации не менее 4,5 A (3,366 A / 0,75).

5.

Учитывайте рабочую температуру при выборе конденсаторов

Также необходимо учитывать факторы окружающей среды при выборе конденсаторов. Если ваш продукт будет подвергаться воздействию температуры окружающей среды 100 ° C, не используйте конденсатор, рассчитанный только на 85 ° C.Аналогичным образом, если минимальная температура окружающей среды составляет -30 ° C, не используйте конденсатор, который может выдерживать только температуру -20 ° C.

Эта спецификация кажется очень простой. Однако, если конденсатор подвергается воздействию очень сильного пульсирующего тока, произойдет внутренний нагрев, и это приведет к повышению температуры выше температуры окружающей среды. Значит, нужен больший запас на рабочую температуру. Например, максимальная температура окружающей среды, в которой будет установлен продукт, составляет 60 ° C.Не выбирайте конденсатор, рассчитанный только на 60 ° C. Выберите, возможно, номинальную температуру 105 ° C. Это даст достаточный запас за счет внутреннего нагрева.

6. Выбор диэлектрического материала конденсатора

В микросхеме резистора вы встретите эту опцию при просмотре онлайн-магазинов, таких как Mouser и Digikey. Что означает этот параметр? Это диэлектрический материал, из которого изготовлен конденсатор. Я не могу подробно останавливаться на физике конструкции конденсатора, но в своих проектах я всегда использую диэлектрик X7R, NP0 или C0G.У них обычно более высокий температурный диапазон. Ниже приведены несколько примеров X7R, NP0 или C0G по сравнению с X5R.

X7R, NP0 / C0G диэлектрический материал X5R диэлектрический материал

7. Как выбрать конденсатор

– срок службы Ожидаемый срок службы

Срок службы конденсатора или ожидаемый срок службы – это время, в течение которого конденсатор будет оставаться в рабочем состоянии в соответствии с конструкцией. Это очень важно для электролитических конденсаторов. Для керамических конденсаторов это не проблема, и, вероятно, не стоит на нее обращать внимание при выборе конденсаторов для цепей малых сигналов.Для него все еще есть предел жизни, но его более чем достаточно, чтобы выдержать весь жизненный цикл продукта. В отличие от электролитических конденсаторов, если они не будут должным образом оценены, они выйдут из строя до окончания жизненного цикла продукта, и этого не должно происходить. Пульсации тока сократят срок службы конденсатора. Так что лучше управляй им. В таблицах данных или у поставщиков есть справочные расчеты срока службы конденсаторов. Это простые уравнения, которые можно использовать при выборе конденсатора с учетом ожидаемого срока службы.Некоторые также предоставляют график для облегчения понимания. Ниже пример расчета и графика взяты из таблицы KEMET. KEMET – один из ведущих производителей конденсаторов.

Расчет ожидаемого срока службы конденсатора

8.

Физические размеры и тип установки являются факторами при выборе конденсатора

Последнее, о чем следует подумать, – это физические размеры, а также способ монтажа. Иногда выбор конденсатора продиктован доступным пространством.Чип-конденсаторы имеют небольшие размеры, но имеют ограниченное значение емкости. С другой стороны, электролитические конденсаторы имеют большую емкость, но они громоздкие. Вы собираетесь использовать поверхностное крепление или деталь со сквозным отверстием? Что ж, решать вам. Оцените свои требования к пространству, прежде чем уходить далеко от других параметров.

Образец технических характеристик конденсатора

Ниже приводится номинальная мощность конденсатора, которую я взял со страницы электроники Mouser. Он имеет емкость, напряжение, допуск, ток пульсации, рабочую температуру, физические размеры, ориентацию при установке и срок службы.Но учтите, что указанный срок службы – это просто базовый срок службы или это срок службы при максимально допустимой рабочей температуре.

Технические характеристики конденсатора

Связанные

Полноволновой мостовой выпрямитель, конденсаторные фильтры, Полуволновой выпрямитель

Изучите двухполупериодный мостовой выпрямитель, полуволновой выпрямитель, двухполупериодный выпрямитель, трансформаторы с центральным ответвлением, диоды, нагрузку, осциллограф, форму волны, постоянный и переменный ток, ток напряжения, конденсаторы, спускной резистор, чтобы узнать, как работают двухполупериодные мостовые выпрямители.

Прокрутите вниз, чтобы просмотреть руководство по YouTube.

Это двухполупериодный мостовой выпрямитель. Он используется для питания наших электронных схем, поэтому в этой статье мы подробно узнаем, как они работают.

Электричество опасно и может быть смертельным, вы должны быть квалифицированными и компетентными для выполнения любых электромонтажных работ .

Что такое мостовой выпрямитель

Полномостовые выпрямители

выглядят так, существуют разные формы и размеры, но по сути они состоят из 4 диодов в определенном порядке.Обычно они выравниваются в конфигурации Dimond, но они также могут быть выровнены другими способами, такими как эти.

Обычно мы находим их изображенными на таких инженерных чертежах.

Это символ диода. Стрелка указывает в направлении обычного тока. Это показывает, что электричество переменного тока является входом, а электричество постоянного тока – выходом.

Полный мостовой выпрямитель преобразует переменный переменный ток в постоянный ток. Почему это важно? Поскольку розетки в наших домах обеспечивают переменный ток, а наши электронные устройства используют постоянный ток, нам необходимо преобразовать переменный ток в постоянный ток.

Например, зарядное устройство для ноутбука берет переменный ток от розетки и преобразует его в постоянный ток для питания ноутбука. Если вы посмотрите на адаптер питания для ноутбука и электронных устройств, на этикетке производителя указано, что он преобразует переменный ток в постоянный. В этом примере он заявляет, что ему требуется входное напряжение от 100 до 240 В с обозначением электричества переменного тока, и он потребляет 1,5 А тока. Затем он будет выдавать 19,5 В постоянного тока и 3,33 А тока. Обратите внимание, что здесь также указано 50-60 Гц, это частота переменного тока, и мы рассмотрим это через мгновение.

В сети переменного тока напряжение и ток постоянно меняют направление с прямого на обратное. Это потому, что в генераторе переменного тока есть магнитное поле, которое, по сути, толкает и притягивает электроны в проводах. Таким образом, он меняется между положительными и отрицательными значениями, когда он течет вперед и назад, напряжение не является постоянным, даже если мультиметр делает его похожим на него. Если мы построим это, мы получим синусоидальную волну. Напряжение изменяется между пиковым положительным и пиковым отрицательным значением, когда максимальная напряженность магнитного поля проходит через катушки с проволокой.

В этом примере пики достигаются 170 В, поэтому, если мы построим эти значения, мы получим положительные и отрицательные пики 170 В. Если мы возьмем среднее значение этих значений, мы получим ноль вольт. Это не очень полезно, поэтому умный инженер решил использовать среднеквадратичное значение напряжения. Это то, что рассчитывают наши мультиметры, когда мы подключаем их к розеткам.

Чтобы найти пиковое напряжение, мы умножаем среднеквадратичное значение напряжения на квадратный корень из 2, который составляет примерно 1,41.
Чтобы найти среднеквадратичное значение напряжения, мы делим пиковое напряжение на 0.707.

Например, у меня есть розетка для Северной Америки, Великобритании, Австралии и Европы. Этот мультиметр показывает основные формы сигналов, и когда я подключаюсь к любому из них между фазой и нейтралью, мы видим синусоидальную волну, указывающую, что это электричество переменного тока. Обратите внимание, что британская и европейская розетки – 230 В, австралийская – 240 В, но все три имеют частоту 50 Гц, однако розетка в Северной Америке показывает 120 В с частотой 60 Гц.

Частота измеряется в герцах, но это просто означает, что синусоидальная волна повторяется 60 раз в секунду в электрических системах Северной Америки и 50 раз в секунду в остальном мире.Напряжение ниже в североамериканской системе и составляет 120 В, тогда как во всем остальном мире оно составляет 230–240 В. Таким образом, пиковое напряжение каждой электрической системы выглядит следующим образом.

В электричестве постоянного тока напряжение постоянно, и в положительной области электроны не меняют направление, они все текут только в одном направлении. Итак, если я измерю эту батарею, мы увидим плоскую линию в положительной области около 1,5 В, так что это электричество постоянного тока.

Эта солнечная панель также вырабатывает постоянный ток, мы видим, что на мультиметре она выдает ровную линию около 4 В.Мы можем использовать этот адаптер для измерения USB-порта, мы видим, что он обеспечивает около 5 В, и если мы построим это с помощью другого мультиметра, мы снова увидим постоянную ровную линию, указывающую, что это электричество постоянного тока.

Это двухполупериодный мостовой выпрямитель. На этих входных клеммах мы видим около 12 В переменного тока с синусоидальной волной. И на этих выходных клеммах мы видим около 14 В постоянного тока. Итак, это устройство преобразует переменный ток в постоянный. Напряжение немного выше из-за конденсатора, и мы увидим, почему это так, позже в этом видео.

Преобразует только переменный ток в постоянный, но не преобразует постоянный ток в переменный. Для этого нам понадобится инвертор, в котором для этого используются специальные электронные компоненты, но мы не будем рассматривать это в этой статье.

Кстати, мы подробно рассмотрели, как работают силовые инверторы в нашей предыдущей статье, посмотрите ЗДЕСЬ.

Как это работает

Выпрямитель состоит из диодов. Диод – это полупроводниковое устройство, которое позволяет току течь через него, но только в одном направлении.Итак, если мы подключим эту лампу к источнику постоянного тока, она загорится. Мы можем поменять местами провода, и он все равно будет светиться. Если я поставлю диод на красный провод и подключу его к плюсу, он снова загорится. Но теперь, когда я меняю местами провода, диод блокирует ток, а лампа остается выключенной. Таким образом, он позволяет току течь только в одном направлении, и мы можем использовать это для управления направлением тока в цепи, чтобы сформировать электричество постоянного тока.

Полуволновой выпрямитель

Если мы посмотрим на источник переменного тока с понижающим трансформатором, который снижает напряжение, электроны текут вперед и назад.Итак, нагрузка испытывает синусоидальную волну. Нагрузкой может быть что угодно: резистор, лампа, двигатель и т. Д.

Если мы вставим диод, он будет пропускать ток только в одном направлении, поэтому теперь нагрузка будет иметь пульсирующую форму волны. Отрицательная половина синусоиды заблокирована. Мы можем перевернуть диод, чтобы заблокировать положительную половину и разрешить только отрицательную половину. Таким образом, это полуволновой выпрямитель. Выходной сигнал технически постоянный ток, поскольку электроны текут только в одном направлении, это просто не очень хороший выход постоянного тока, поскольку он не полностью плоский.

Здесь у меня есть резистор, подключенный к низковольтному источнику переменного тока. Мы видим на осциллографе синусоидальную волну переменного тока. Когда я последовательно подключаю к нему диод, осцилископ показывает пульсирующую диаграмму в положительной области. Если я переверну диод, осцилископ покажет пульсирующую картину в отрицательной области.

Если я соединю две лампы параллельно, одну с диодом, мы увидим, что лампа без диода ярче, потому что в ней используется полная форма волны. Другая лампа более тусклая, потому что использует только половину этой лампы.Если мы посмотрим на это в замедленной съемке, мы увидим, что подключенная диодная лампа мигает сильнее из-за перерывов в питании.

Таким образом, мы можем использовать его для простых схем, таких как освещение или зарядка некоторых батарей, но мы не можем использовать его для электроники, поскольку компонентам требуется постоянное питание, иначе они не будут работать правильно.

Мы можем добавить конденсатор параллельно нагрузке, чтобы улучшить этот выход. Мы рассмотрим это позже в этой статье. Лучшее улучшение – использовать двухполупериодный выпрямитель, и есть два основных способа сделать это.

Полноволновой выпрямитель

Мы можем создать двухполупериодный выпрямитель, просто используя трансформатор с центральным ответвлением и два диода. Трансформатор с центральным ответвлением просто имеет еще один провод на вторичной стороне, который подключен к центру катушки трансформатора, что позволяет нам использовать всю длину трансформатора или только половину ее.

Поскольку в электричестве переменного тока ток постоянно меняется на противоположный, в то время как в положительной или передней половине ток течет через диод 1 в нагрузку, а затем обратно к трансформатору через центральный провод с ответвлениями.Диод 2 блокирует ток, поэтому он не может вернуться сюда. Таким образом, используется только половина катушки трансформатора. В обратной или отрицательной половине ток течет через диод 2, через нагрузку, а затем обратно к трансформатору. Диод 1 блокирует ток.

Ток протекает через нагрузку в одном направлении, поэтому он считается постоянным, но он все еще пульсирует, хотя зазоров нет. Отрицательная половина преобразована в положительную. Форма волны не гладкая, поэтому нам нужно применить некоторую фильтрацию, например, конденсатор.Мы рассмотрим это подробно позже в этой статье.

Полноволновой мостовой выпрямитель

Чаще всего используется двухполупериодный мостовой выпрямитель. Здесь используются 4 диода. Источник переменного тока подключается между диодами 1 и 2, с нейтралью между 3 и 4. Положительный выход постоянного тока подключен между диодами 2 и 3, а отрицательный – между диодами 1 и 4.

В положительной половине синусоиды ток течет через диод 1, через нагрузку, через диод 2 и затем обратно к трансформатору.В отрицательной половине ток протекает через диод 3, а через нагрузку – через диод 1 и обратно к трансформатору. Таким образом, трансформатор подает синусоидальную волну переменного тока, но нагрузка испытывает волнообразную форму волны постоянного тока, потому что ток течет в одном направлении.

На этой схеме мы можем видеть выпрямленный сигнал на осциллографе. Но это не плоский выход постоянного тока, поэтому нам нужно улучшить его, добавив фильтрацию.

Фильтрация

Использование выпрямителя приведет к пульсации формы волны.Чтобы сгладить это, нам нужно добавить несколько фильтров.

Основной метод – просто добавить электролитический конденсатор параллельно нагрузке. Конденсатор заряжается при повышении напряжения и накапливает электроны. Затем он высвобождает их во время уменьшения, таким образом уменьшая пульсацию. Осциллограф покажет пики каждого импульса, но теперь напряжение не падает до нуля, оно медленно снижается, пока импульс снова не зарядит конденсатор. Мы можем еще больше уменьшить это, используя конденсатор большего размера или несколько конденсаторов.

В этом простом примере вы можете увидеть, как светодиод гаснет при отключении питания. Но если я помещу конденсатор параллельно светодиоду, он останется включенным, потому что теперь конденсатор разряжается и питает светодиод.

В этой схеме у меня в качестве нагрузки подключена лампа. Осциллограф показывает волнообразную форму волны. Когда я добавляю небольшой конденсатор на 10 микрофаррад, мы видим, что он очень мало влияет на форму сигнала. Когда я использую конденсатор на 100 мкФ, мы видим, что провал больше не падает до нуля вольт.На 1000 микрофаррад пульсация очень мала. На 2200 микрофаррадах это почти полностью гладко, хотя это можно было бы использовать для многих схем. Мы также могли бы использовать несколько конденсаторов, здесь у нас есть конденсатор на 470 мкФ, который имеет некоторое значение, но если я использую два конденсатора параллельно, мы видим, что форма волны значительно улучшается.

При использовании конденсатора необходимо установить на выходе резистор утечки. Это резистор высокого номинала, который будет разряжать конденсатор, когда цепь отключена, чтобы обеспечить нашу безопасность.Обратите внимание: когда я включаю эту схему, конденсатор быстро заряжается до более 15 В. Когда я выключаю его, выход постоянного тока все еще составляет 15 В, потому что нет нагрузки, поэтому энергия все еще сохраняется. Это может быть опасно при высоком напряжении. В этом примере я помещаю резистор 4,7 кОм на выход, мы видим, что конденсатор заряжается до 15 В, и когда я его выключаю, конденсатор быстро разряжается. Электроны проходят через резистор, который разряжает конденсатор.

Мы также видим, что без конденсатора выходное напряжение ниже входного из-за падения напряжения на диодах.

Вот простой двухполупериодный мостовой выпрямитель. На входе мы видим 12 В переменного тока, на выходе 10,5 В постоянного тока. Напряжение на выходе ниже из-за диодов. Каждый диод имеет падение напряжения около 0,7 В. Если мы посмотрим на эту схему, с диодом и светодиодом. Мы можем измерить напряжение на диоде и увидеть падение напряжения около 0,7 В. Ток в нашем полном мостовом выпрямителе должен проходить через 2 диода на положительной половине и 2 на отрицательной половине. Таким образом, падение напряжения складывается и составляет около 1.От 4 до 1,5 В. Так что выход снижается.

Однако, если мы подключим конденсатор к выходу, мы увидим, что выходное напряжение теперь выше входного. Как такое возможно? Это потому, что вход переменного тока измеряет действующее значение напряжения, а не пиковое напряжение. Пиковое напряжение в 1,41 раза выше среднеквадратичного напряжения. Конденсаторы заряжаются до пикового напряжения, а затем отпускаются. По-прежнему существует небольшое падение напряжения из-за диодов, поэтому выходной сигнал меньше пикового входа, но все равно будет выше, чем входной среднеквадратичный.

Например, если бы у нас было 12 В на входе, пиковое напряжение было бы 12 В, умноженное на 1,41, что составляет 16,9 В.

Здесь и здесь падение 0,7 В. Таким образом, 16,9, вычесть 1,4 В, составляет 15,5 В. Конденсаторы заряжаются до этого напряжения. Это только приблизительный ответ, количество пульсаций и фактическое падение напряжения на диодах будут немного отличаться в действительности, но мы видим, что выходное значение выше входного.

Другой распространенный фильтр – это размещение двух конденсаторов параллельно с последовательной катушкой индуктивности между ними.Это используется для цепей с большими нагрузками. Первый конденсатор сглаживает пульсацию. Катушка индуктивности противодействует изменению тока и пытается поддерживать его постоянным, а второй конденсатор, который намного меньше, затем сглаживает окончательную оставшуюся пульсацию.

Дополнительно к выходу можно подключить регулятор напряжения. Это очень распространено и допускает некоторые изменения на входе, но обеспечивает постоянное выходное напряжение. Здесь снова есть конденсаторы по обе стороны от регулятора, чтобы обеспечить плавный выход постоянного тока.Вот реальная версия, которая подключена к источнику переменного тока 12 В, и мы видим, что она имеет выходное напряжение около 5 В постоянного тока.

Вы можете научиться создавать собственный стабилизатор напряжения в нашей предыдущей статье ЗДЕСЬ.

Анализ напряжений фильтра конденсатора выпрямителя при постоянных колебаниях напряжения

% PDF-1.7 % 1 0 obj > / Metadata 2 0 R / Outlines 5 0 R / Pages 3 0 R / StructTreeRoot 6 0 R / Type / Catalog / Viewer Настройки >>> эндобдж 2 0 obj > поток application / pdf

Кун Чжао, Фил Чуфо и Сарат Перера

Анализ напряжений фильтра конденсатора выпрямителя при постоянных колебаниях напряжения

Князь 12.5 (www.princexml.com) AppendPDF Pro 6.3 Linux 64 бит 30 августа 2019 Библиотека 15.0.4Appligent AppendPDF Pro 6.32020-07-02T13: 49: 17-07: 002020-07-02T13: 49: 17-07: 002020-07 -02T13: 49: 17-07: 001uuid: d49481a7-aec4-11b2-0a00-a06e77010000uuid: d49481a8-aec4-11b2-0a00-e0cc740cff7f конечный поток эндобдж 5 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 33 0 объект > эндобдж 50 0 объект > 29] / P 32 0 R / Pg 52 0 R / S / Ссылка >> эндобдж 34 0 объект > 1] / P 12 0 R / Pg 54 0 R / S / Ссылка >> эндобдж 13 0 объект >> 2 3] / P 6 0 R / Pg 54 0 R / S / Ссылка >> эндобдж 14 0 объект >> 4 5] / P 6 0 R / Pg 54 0 R / S / Ссылка >> эндобдж 44 0 объект > 19] / P 18 0 R / Pg 54 0 R / S / Ссылка >> эндобдж 46 0 объект > 23] / P 19 0 R / Pg 54 0 R / S / Ссылка >> эндобдж 47 0 объект > 25] / P 19 0 R / Pg 54 0 R / S / Ссылка >> эндобдж 49 0 объект > 31] / P 21 0 R / Pg 54 0 R / S / Ссылка >> эндобдж 21 0 объект > эндобдж 54 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Parent 9 0 R / Resources> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / StructParents 0 / Tabs / S / Type / Page >> эндобдж 65 0 объект [53 0 R 56 0 R 57 0 R 59 0 R 60 0 R 61 0 R 62 0 R 63 0 R 64 0 R] эндобдж 66 0 объект > поток xYɎ7 + aUqjI8p [ N% # [ݒ f`n [b ^ 7 / ߾ | no} ~ ܼ x / Ϟ5akMz ؘ] snYij8 1.

Расчет электролитического конденсатора для выпрямителя: Он-лайн калькулятор расчёта сглаживающего конденсатора выпрямителя.

РадиоКот :: Выпрямители. Как и почему.

Расчет конденсаторов шины питания мощных преобразовательных устройств – Компоненты и технологии

Заключение

Литература

2.2. Примеры расчета выпрямителя с емкостным фильтром

Включение сглаживающих конденсаторов при повышенном высоком напряжении

Выпрямители и умножители винтажные | paseka24.ru

Все своими руками Расчет фильтров для блока питания

Обсудить эту статью на – форуме “Радиоэлектроника, вопросы и ответы”.

и расчеты »Электроника

Основы сглаживания конденсатора

Емкость сглаживающего конденсатора

Сглаживающий конденсатор пульсации напряжения

Пульсация тока

Пи-секционные сглаживающие сети

led – Как рассчитать электролитический конденсатор на основе тока и напряжения, чтобы получить наименьшую пульсацию

| Дискретные полупроводниковые схемы

Как выбрать конденсаторы – правильный путь

1. Как выбрать конденсатор

2. Допуск

3. Как выбрать конденсатор

4. Выбор конденсатора

5.

6. Выбор диэлектрического материала конденсатора

7. Как выбрать конденсатор

8.

Полноволновой мостовой выпрямитель, конденсаторные фильтры, Полуволновой выпрямитель

Что такое мостовой выпрямитель

Как это работает

Полуволновой выпрямитель

Полноволновой выпрямитель

Полноволновой мостовой выпрямитель

Фильтрация

Анализ напряжений фильтра конденсатора выпрямителя при постоянных колебаниях напряжения

Больше новостей

Добавить комментарий Отменить ответ