Лобов, Д.Г. Источники питания - файл n1.doc

Лобов, Д.Г. Источники питания
скачать (1683.2 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2311kb.31.12.2009 11:21скачать

n1.doc

  1   2   3


Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»


Д. Г. Лобов
Источники питания
Конспект лекций


Омск

Издательство ОмГТУ

2009

УДК 621.38

ББК 31.25+32

Л75


Рецензенты:
Ю. А. Стенькин, канд. хим. наук, старший научный сотрудник Омского филиала Института физики полупроводников СО РАН;

С.А. Завьялов, канд. техн. наук, доцент кафедры РТУ и СД ОмГТУ


Лобов, Д. Г.

Л75 Источники питания: конспект лекций / Д. Г. Лобов. – Омск: Изд-во

ОмГТУ, 2009. – 68 с.


Настоящий конспект лекций разработан в соответствии с требованиями образовательного стандарта ОмГТУ. В нем рассматриваются основные принципы работы и схемотехника линейных и импульсных источников вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Предназначен для студентов очной, очно-заочной и заочной форм обучения специальности 210106 «Промышленная электронника», изучающих дисциплину «Источники питания».

Печатается по решению редакционно-издательского совета
Омского государственного технического университета

УДК 621.38

ББК 31.25+32

© ГОУ ВПО «Омский государственный

технический университет», 2009




Ведение
В предлагаемом конспекте лекций рассматриваются основные принципы работы и схемотехника линейных и импульсных источников вторичного электропитания (ИВЭ) радиоэлектронной аппаратуры. Большое внимание уделено рассмотрению современной элементной базы, позволяющей реализовывать ИВЭ на основе интегральных микросхем с минимальным количеством внешних элементов.


1. Классификация и общие принципы построения

источников вторичного электропитания
В большинстве случаев электропитание радиоэлектронной аппаратуры осуществляется источниками вторичного электропитания, которые под­кл­ю­чаются к источникам первичного электропитания, преобразуют их переменное или постоянное напряжение в ряд выходных напряжений различных номиналов как постоянного, так и переменного тока с характеристиками, обе­с­печ­и­ваю­щи­ми нормальную работу РЭА в заданных режимах.

Источники вторичного электропитания классифицируются по с­ле­ду­ю­щим основным признакам [1].
По виду входной электроэнергии:

По выходной мощности:

По виду выходной электроэнергии:



По номинальному значению выходного напряжения:

По степени постоянства выходного напряжения:

По допустимому отклонению номинала выходного напряжения:

По пульсации выпрямленного выходного напряжения (для ИВЭ с выходом на постоянном токе):

По числу выходов питающих напряжений:

По способу стабилизации напряжения:

По методу стабилизации напряжения:

Обобщённая структурная схема ИВЭ с выпрямителем, имеющим входной трансформатор, представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Структурная схема ИВЭ с сетевым трансформатором:

CФ – сетевой фильтр; СН~ – стабилизатор переменного напряжения;
Т – силовой трансформатор; В – система вентилей; Ф – сглаживающий фильтр;
СН – стабилизатор постоянного напряжения

Сетевой фильтр СФ представляет собой LC-фильтр с устройством подавления переходных процессов, выполненным на базе полупроводникового варистора [3]. Сетевой фильтр подавляет возможное радиоизлучение силовых проводов, а также ослабляет импульсные помехи питающей сети на входе ИВЭ, амплитуда которых может достигать величины нескольких киловольт.

Силовой трансформатор, система вентилей и сглаживающий фильтр образуют схему выпрямителя, преобразующую сетевое напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока.

Силовой трансформатор Т осуществляет согласование уровней входного и выходного напряжений, а также гальваническую развязку входной и выходной цепей для того, чтобы один из выходных выводов ИВЭ мог быть заземлен, что необходимо для снижения степени воздействия помех на нагрузку, питаемую от данного ИВЭ, а также для безопасности об­слу­жи­ва­ю­щего персонала.

Система вентилей В преобразует напряжение переменного тока, снимаемое со вторичной обмотки трансформатора, в пульсирующее напряжение, содержащее постоянную составляющую. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения служит сглаживающий фильтр Ф.

Для стабилизации значения выходного напряжения может применяться СН параметрического или компенсационного типа (в последнем случае с непрерывным или импульсным регулированием). В любом случае СН способствует также сглаживанию пульсаций выходного напряжения.

Если ИВЭ является многоканальным, то необходимо иметь со­от­ве­тс­т­ву­ющее число отдельных вторичных обмоток силового трансформатора Т, систем вентилей блоков В, сглаживающих фильтров Ф и стабилизаторов напряжения СН.

В случае значительных колебаний входного напряжения, а также для исключения или упрощения стабилизаторов отдельных каналов можно использовать стабилизатор на стороне переменного тока СН~ (например, феррорезонансного типа или тиристорный преобразователь напряжения).

Следует отметить, что часть блоков, показанных на рисунке 1, в схемах реальных ИВЭ может отсутствовать. Так, например, источник питания может состоять только из силового трансформатора, или наоборот: силовой трансформатор может отсутствовать в импульсном источнике питания.

2. Маломощные силовые трансформаторы

Трансформатор представляет собой статическое (не имеющее подвижных частей) электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток, преобразующее переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. В основе действия трансформатора лежит явление электромагнитной индукции.

В зависимости от назначения трансформаторы подразделяются на следующие группы: силовые, импульсные, измерительные, согласующие и радиочастотные. Для построения источников питания электронной аппаратуры используются маломощные силовые трансформаторы с мощностью от единиц до нескольких сотен ВА.

По исполнению (числу обмоток) трансформаторы подразделяются на одно-, двух- и многообмоточные. К однообмоточным трансформаторам относятся автотрансформаторы, у которых вторичной обмоткой служит часть первичной. Таким образом, между обмотками имеется не только магнитная, но и электрическая связь.



Рис. 2. Двухобмоточный трансформатор

На рисунке 2 представлена схема двухобмоточного трансформатора. Обмотки 1 и 3 размещаются на замкнутом ферромагнитном магнитопроводе (сердечнике) 2. Обмотка трансформатора 1, к которой подводится электрическая энергия от источника питания, называется первичной. Обмотка 3, от которой отводится энергия к приёмнику (нагрузке) Zн, называется вторичной. Магнитопровод 2 служит для уменьшения магнитного сопротивления контура, через который проходит магнитный поток трансформатора, т.е. для усиления магнитной связи между обмотками. Магнитопроводы трансформаторов с целью уменьшения потерь от вихревых токов набираются из листов эле­кт­р­о­те­х­н­и­ч­е­с­кой низкоуглеродистой стали или пермаллоя толщиной 0,35–0,5 мм. При из­г­о­то­влении трансформаторов применяются стержневые, броневые и то­ро­ид­ал­ь-
н­ые магнитопроводы (рис. 3).



а) б) в)

Рис. 3. Конструкции магнитопроводов силовых трансформаторов:

а) – броневой; б) – стержневой; в) – тороидальный

Рассмотрим принцип работы трансформатора. Если первичную обмотку подключить к источнику переменного напряжения u1, то в ней начинает протекать ток i1. Этот ток возбуждает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1, который, замыкаясь по магнитопроводу и пересекая витки первичной и вторичной обмотки, индуцирует в них ЭДС е1 и е2.

Под воздействием ЭДС е2 через сопротивление нагрузки Zн будет протекать переменный ток i2, и энергия из цепи первичной обмотки будет передаваться в цепь вторичной обмотки за счёт переменного магнитного потока Ф1. Ток i2 образует в сердечнике трансформатора свой собственный магнитный поток Ф2, который накладывается на поток первичной обмотки. В результате в магнитопроводе создаётся общий магнитный поток Ф = Ф1 – Ф2 , называемый основным или рабочим потоком трансформатора.

Кроме основного магнитного потока, в трансформаторе существуют переменные магнитные потоки рассеяния ФS1 и ФS2, создаваемые токами его обмоток и замыкающимися вокруг первичной и вторичной обмоток в основном через воздух (на рисунке 2 ФS1 и ФS2 не показаны). Значения этих потоков прямо пропорциональны токам обмоток.

Переменные ЭДС е1 и е2 пропорциональны количеству витков w1 и w2 первичной и вторичной обмоток, а также скорости изменения магнитного потока Ф:

; . (1)

При синусоидальном напряжении u1 действующие значения этих ЭДС соответственно будут равны [1, 2]:

; , (2)

где Фm – амплитудное значение основного магнитного потока;

f – частота переменного напряжения первичной обмотки.

Из формул (1) и (2) можно получить выражение для определения коэффициента трансформации – основного параметра, характеризующего любой трансформатор:

. (3)

Таким образом, коэффициент трансформации трансформатора есть отношение ЭДС его обмоток или чисел витков его обмоток.

При работе трансформатора в режиме холостого хода (Zн = ?) действующее напряжение вторичной обмотки U2хх практически будет равно действующей ЭДС E2. Тогда выражение (3) можно записать в виде

, (4)

где U1 – действующее напряжение первичной обмотки. Следовательно, коэффициент трансформации равен отношению напряжений на обмотках при холостом ходе трансформатора.

Если n > 1, то Е2 < Е1, и такой трансформатор является понижающим. При n < 1, Е1 > Е2 трансформатор будет повышающим. Таким образом, с помощью трансформатора можно осуществлять преобразование уровня входного напряжения до значения, необходимого потребителю. Трансформаторы с n = 1 используются для гальванической развязки источника и электрической энергии и нагрузки.

В режиме холостого хода через первичную обмотку трансформатора протекает ток холостого хода i1хх. Этот ток имеет две составляющих: реактивную и активную. Реактивная составляющая создаёт в магнитопроводе трансформатора основной магнитный поток Ф. Активная составляющая обусловлена потерями энергии в магнитопроводе (гистерезис и вихревые токи), потерями за счёт потоков рассеяния ФS1 и ФS2, а также тепловыми потерями на активном сопротивлении первичной обмотки.

При переходе от режима холостого хода к режиму работы под нагрузкой напряжение на вторичной обмотке трансформатора изменяется. При чисто активном сопротивлении нагрузки с ростом тока I2 вторичное напряжение будет уменьшаться. Это обусловлено ростом потерь энергии на активном сопротивлении обмоток. Зависимость вторичного напряжения U2 от тока нагрузки I2 называется внешней характеристикой трансформатора. В диапазоне токов I2 = 0…I
(I – номинальное (паспортное) действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора в нагруженном режиме) внешняя характеристика трансформатора практически прямолинейна (рис. 4). Трансформаторы проектируются таким образом, чтобы при номинальном токе нагрузки падение напряжения ?Uн не превышало 5–10 % от величины U2хх.


Рис. 4. Внешняя характеристика трансформатора

КПД трансформатора определяется отношением активной мощности P2, отдаваемой трансформатором в нагрузку, к активной мощности P1, потребляемой трансформатором от сети:

, (5)

где U2, I2 – действующие напряжение и ток вторичной обмотки;

?2 – фазовый сдвиг между напряжением и током во вторичной обмотке;

U1, I1 – действующие напряжение и ток первичной обмотки;

?1 – фазовый сдвиг между напряжением и током в первичной обмотке.
При работе трансформатора в нагруженном режиме с ростом тока I2 увеличиваются потери энергии на активном сопротивлении обмоток, вследствие чего мощности P1 и P2 изменяются непропорционально.
В результате КПД трансформатора зависит от тока вторичной обмотки (рис. 5).



Рис. 5. Зависимость КПД трансформатора от коэффициента нагрузки
Из рисунка 5 видно, что маломощные силовые трансформаторы имеют максимальный КПД при I2 = I, т.е. при работе с номинальным паспортным значением тока вторичной обмотки. Максимальный КПД реальных маломощных силовых трансформаторов лежит в пределах 0,6–0,9.

Мощность трансформатора, потребляемая от первичной обмотки при условии работы в нагруженном режиме с номинальным током вторичной обмотки I, связана с геометрическими размерами и материалом его магнитопровода. Для трансформаторов, выполненных из низкоуглеродистой электротехнической стали, мощность (в ВА) оценивается по формуле [1]:

P = (S/1,3)2, (6)

где S – площадь поперечного сечения магнитопровода, см2. При такой мощности индукция в магнитопроводе трансформатора не достигает значения насыщения и потери энергии в магнитопроводе невелики. При токе вторичной обмотки I2 > 1,5 ∙ I магнитопровод может переходить в режим насыщения, что увеличивает тепловые потери и снижает КПД трансформатора.

3. Схемы выпрямителей
Выпрямитель – устройство, предназначенное для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. Структурная схема выпрямителя приведена на рисунке 6.

Выпрямитель в большинстве случаев состоит из трансформатора, преобразующего переменное напряжение питающей сети в более высокое или более низкое, системы вентилей (диодов), осуществляющей выпрямление переменного напряжения, и сглаживающего фильтра, уменьшающего пу­ль­са­ции выпрямленного напряжения.


Рис. 6. Структурная схема выпрямителя:

ТР – трансформатор; В – система вентилей; Ф – сглаживающий фильтр;

СУВ – система управления вентилями; Н – нагрузка; Uс – напряжение сети;

Uвых – выходное напряжение выпрямителя
Основным элементом выпрямителя является система вентилей, остальные функциональные части схемы могут отсутствовать. В настоящее время в качестве вентилей применяются кремниевые полупроводниковые диоды или тиристоры. В последнем случае выходное напряжение выпрямителя может регулироваться при помощи схемы управления вентилями, и такой выпрямитель является управляемым.

По роду преобразования электрической энергии все выпрямители могут быть разделены на две группы: однотактные и двухтактные. В однотактных выпрямителях в течение периода сетевого напряжения ток протекает по вторичной обмотке трансформатора только в одном направлении. В двухтактных выпрямителях в течение периода сетевого напряжения ток протекает по вторичной обмотке в обоих направлениях.

В зависимости от числа фаз (числа вторичных обмоток трансформатора ТР, рис. 1) выпрямители могут быть одно-, двух- и многофазными. При построении сетевых источников питания радиоэлектронной аппаратуры наиболее широкое распространение получили однофазные схемы.

Простейшей схемой выпрямления является однофазный однотактный или однополупериодный выпрямитель (рис. 7). Он содержит трансформатор Т,
диод VD и конденсатор С (сглаживающий фильтр).



Рис. 7. Схема однополупериодного выпрямителя

Временные диаграммы работы схемы без учёта влияния фильтрующего конденсатора С приведены на рисунке 8.


Рис. 8. Временные диаграммы работы однополупериодного

выпрямителя без сглаживающего фильтра
Напряжение на вторичной обмотке трансформатора u2 является синусоидальным. В промежуток времени 0…t1 напряжение u2 принимает положительные значения, диод VD открывается и начинает пропускать ток в нагрузку в направлении от анода к катоду. Поскольку Rн представляет собой чисто активное сопротивление, то форма тока iн и напряжения uн в данный промежуток времени будет синусоидальной и совпадающей по фазе. Амплитуда напряжения на нагрузке Um (рис. 8) будет меньше амплитуды напряжения u2 на величину прямого падения напряжения на открытом диоде uVD, которая может составлять от 0,7 до 1,0 В.

В промежуток времени t1…t2 напряжение u2 становится отрицательным, диод закрывается, напряжение и ток в нагрузке становятся равными нулю.

Разложение мгновенного значения выпрямленного напряжения uн в ряд Фурье показывает, что выпрямленное напряжение содержит постоянную составляющую и гармоники сетевой частоты [1]:

, (7)

где  – циклическая частота выпрямленного напряжения, равная частоте напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Для оценки качества выпрямленного напряжения вводится понятие коэффициента пульсаций:

, (8)

где U0 = Um/ – постоянная составляющая выпрямленного напряжения и
U1m = Um/2 – амплитуда первой гармоники выпрямленного напряжения, определяемые из ряда Фурье (7).

Каждая схема выпрямления характеризуется определённым значением коэффициента пульсаций. Чем меньше это значение, тем большую величину имеет постоянная составляющая U0 по сравнению с амплитудами гармоник. Следовательно, схема выпрямления, обладающая малым коэффициентом пульсаций, обеспечивает лучшее качество выпрямленного напряжения.

Однополупериодный выпрямитель имеет наибольшее значение ко­эф­фи­циента пульсаций среди всех известных неуправляемых схем выпрямления. Из формулы (8) можно найти Кп = ?/2 ? 1,57. Гармоники в спектре выходного си­г­нала однополупериодного выпрямителя имеют значительную амплитуду по сравнению с постоянной составляющей, что усложняет их последующую фильтрацию.

Другим недостатком однополупериодного выпрямителя является то, что через вторичную обмотку трансформатора и нагрузку протекает не­си­м­ме­т­ри­ч­ный несинусоидальный ток i2 = iн, содержащий постоянную составляющую I0 (рис. 8). Из-за этого ток первичной обмотки i1 также имеет несимметричную форму и тоже содержит постоянную составляющую. Постоянные со­ст­ав­ля­ю­щие токов обмоток вызывают подмагничивание сер­де­ч­ника, приводящее к нарушению симметричного режима его работы, вследствие чего возрастают тепловые потери и снижается КПД тран­с­фо­р­ма­тора.

Значительный коэффициент пульсаций и явление подмагничивания се­р­де­чника ограничивают область применения однополупериодного вы­п­ря­ми­теля в линейных источниках питания. На практике эта схема применяется при небольших токах нагрузки (примерно до 100 мА).

Вместе с тем схемы однополупериодных выпрямителей широко используются при построении импульсных источников питания, поскольку перечисленные выше недостатки не проявляются при их работе в составе импульсных устройств.

Для подавления пульсаций выходного напряжения в схему выпрямителя вводится конденсатор С, выполняющий функцию сглаживающего фильтра
(рис. 7). Если сопротивление нагрузки Rн = ?, то со временем произойдёт заряд конденсатора и выходное напряжение uн станет постоянным и равным Um (рис. 8).

Временные диаграммы работы схемы при Rн ? ? представлены на рисунке 9.

В промежуток времени t1…t2 напряжение на вторичной обмотке трансформатора u2 принимает положительное значение, диод VD открывается, и через вторичную обмотку начинает протекать ток:

i2 = iС + iн. (9)

Часть этого тока, iС, расходуется на заряд конденсатора С, а другая часть, iн, поддерживает напряжение на нагрузке uн. В процессе заряда конденсатора напряжение на нагрузке возрастает от величины Umin до Umax. В момент времени t2 напряжение на вторичной обмотке трансформатора становится меньше, чем напряжение на нагрузке, диод VD закрывается, и начинается процесс разряда конденсатора через сопротивление нагрузки в течение промежутка времени t2…t3. В это время напряжение на нагрузке поддерживается только за счёт разряда конденсатора. В момент времени t3 напряжение u2 становится больше, чем uн, диод VD открывается, и начинается новый цикл заряда конденсатора С.



Рис. 9. Временные диаграммы работы однополупериодного

выпрямителя со сглаживающим фильтром
Таким образом, выходное напряжение в схеме с фильтрующим конденсатором представляет собой пульсирующее постоянное напряжение, амплитуда пульсаций и постоянная составляющая которого определяется как

Uп = Umax – U min , (10)

. (11)

При допущении того, что процесс разряда конденсатора происходит по линейному закону постоянным током Iн, амплитуду пульсаций можно определить по формуле

, (12)

где С – ёмкость фильтрующего конденсатора;

tр – время разряда конденсатора, точное значение которого tр = t3 – t2.

Однако при практических расчётах выпрямителей предполагают, что процесс разряда фильтрующего конденсатора длится много дольше, чем процесс заряда, поэтому величина tр берётся равной периоду выпрямленного напряжения T (см. рис. 9). Из формулы (12) следует, что чем больше ёмкость фильтрующего конденсатора, тем меньше пульсации выпрямленного напряжения при заданном токе нагрузки.

На рисунке 9 для сравнения приведены графики, иллюстрирующие напряжение на нагрузке u'н при отсутствии конденсатора и uн при его подключении. Как видно из графика, амплитуда напряжения u'н превышает величину uн. Уменьшение амплитуды выпрямленного напряжения в схеме с фильтрующим конденсатором обусловлено тем, что амплитуда тока заряда конденсатора iС (9) может в несколько раз превышать амплитуду тока нагрузки iн, что вызывает значительное падение напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Поскольку величина тока iС прямо пропорциональна емкости конденсатора С, то при проектировании схемы выпрямителя конденсаторы с ёмкостью более 10–15 тыс. мкФ не применяются, а выпрямительный диод VD (рис. 7) выбирается с максимально допустимым прямым током Iпр.макс. > iС + iн.

Схема двухтактного однофазного выпрямителя приведена на рисунке 10.
В состав исследуемого в работе выпрямителя входят трансформатор Т, четыре диода VD1 – VD4 и конденсатор C. Поскольку диоды соединены по мостовой схеме, то данный выпрямитель также называется мостовым.


Рис. 10. Схема мостового выпрямителя

Временные диаграммы работы схемы мостового выпрямителя при отсутствии конденсатора С представлены на рисунке 11.



Рис. 11. Временные диаграммы работы схемы мостового выпрямителя
Напряжение на вторичной обмотке трансформатора u2 является синусоидальным. В промежуток времени 0…t1 это напряжение принимает положительное значение, диоды VD1 и VD4 оказываются включенными в проводящем направлении. Ток вторичной обмотки i2 протекает по следующему пути: верхний вывод вторичной обмотки трансформатора – диод VD1 – сопротивление нагрузки Rн – диод VD4 – нижний вывод вторичной обмотки трансформатора. В следующий промежуток времени t1…t2 напряжение u2 становится отрицательным, и путь протекания тока i2 изменяется: нижний вывод вторичной обмотки трансформатора – диод VD2 – Rн – диод VD3 – верхний вывод вторичной обмотки трансформатора. Отсюда очевидно, что ток через нагрузку протекает в течение всего периода сетевого напряжения в одном направлении, при этом полярность напряжения на нагрузке остаётся неизменной (рис. 10).

Так как Rн представляет собой чисто активное сопротивление, то формы тока и напряжения в нагрузке будут синусоидальными и совпадающими по фазе. Амплитуда напряжения на нагрузке будет меньше амплитуды напряжения u2 на величину удвоенного прямого падения напряжения на открытом диоде
2 ∙ uVD.

В мостовом выпрямителе ток вторичной обмотки трансформатора i2 имеет синусоидальную форму, поэтому он не содержит постоянной со­ст­а­вл­я­ющей, как в схеме однополупериодного выпрямителя. Следовательно, не­же­лательное подмагничивание сердечника трансформатора будет о­т­с­у­т­с­т­во­вать.

Выпрямленные напряжение и ток мостового выпрямителя представляют собой несинусоидальные периодические сигналы (рис. 11), имеющие в своём составе как постоянные составляющие U0 и I0, так и гармоники сетевой частоты. При разложении выходного напряжения uн в тригонометрический ряд Фурье получим

, (13)

где  – частота пульсаций выпрямленного напряжения, равная удвоенной частоте напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Сравнивая это выражение со спектром выходного напряжения од­но­по­лу­пе­риодного выпрямителя (7), можно видеть, что согласно (13) в мостовом вы­п­ря­мителе постоянная составляющая выходного напряжения имеет в 2 раза бол­ь­шую величину (U0 = 2  Umax/), а нечетные гармоники от­су­т­ствуют. Поэтому значение коэффициента пульсаций мостового вы­п­ря­ми­теля оценивается по амплитуде второй гармоники U2m:

. (14)

Таким образом, коэффициент пульсаций мостового выпрямителя ока­зы­ва­ется более чем в два раза меньше аналогичного параметра од­но­по­лу­пе­ри­од­ного выпрямителя. В этом заключается ещё одно преимущество мостовой схемы выпрямления.

Рассмотрим работу мостового выпрямителя с фильтрующим кон­де­н­са­то­ром С и Rн ? ? (рис. 10). Временные диаграммы работы схемы представлены на рисунке 12.

Принцип работы мостового выпрямителя с емкостным фильтром аналогичен работе однополупериодного выпрямителя (см. рис. 9). В промежуток времени t1…t2 ток вторичной обмотки i2 расходуется на поддержание тока в нагрузке и заряд конденсатора (9). В этот промежуток времени ток заряда iС может в несколько раз превышать ток iн, в результате чего напряжение вторичной обмотки падает, и амплитуда напряжения на нагрузке uн будет меньше, чем в схеме выпрямителя без фильтра u'н.



Рис. 12. Временные диаграммы работы мостового

выпрямителя со сглаживающим фильтром

В промежуток времени t2…t3 напряжение на нагрузке поддерживается только за счёт разряда конденсатора С, при этом ток через вторичную обмотку трансформатора i2 = 0. Поскольку ток i2 является симметричным относительно горизонтальной оси (рис. 12), то он не содержит постоянной составляющей, поэтому явление подмагничивания сердечника трансформатора в схеме мостового выпрямителя с ёмкостным фильтром отсутствует.

Постоянная составляющая U0 и амплитуда пульсаций Uп выпрямленного напряжения определяются формулами (11) и (12). Сравнивая рисунки 9 и 12, можно видеть, что период пульсаций выпрямленного напряжения Т у мос­то­вого выпрямителя в 2 раза меньше, чем у однополупериодного. Следовательно, согласно (12) амплитуда пульсаций выпрямленного на­пря­же­ния Uп в мостовой схеме будет в 2 раза меньше, чем в однополупериодной.

Отсутствие явления подмагничивания сердечника трансформатора, малая амплитуда пульсаций, значительная величина постоянной составляющей в спектре выпрямленного напряжения и функциональная простота делают схему мостового выпрямителя наиболее подходящей для построения линейных трансформаторных источников питания.

Внешняя характеристика выпрямителя представляет собой зависимость выходного напряжения от величины тока нагрузки. С уменьшением сопротивления Rн амплитудное значение тока нагрузки iн будет возрастать, что вызовет уменьшение амплитуды напряжения вторичной обмотки тра­н­с­фо­рм­а­тора u2 за счёт дополнительного падения напряжения на её активном со­пр­о­ти­в­лении. Кроме того, по мере увеличения тока нагрузки будет возрастать прямое падение напряжения на открытых диодах, что также приводит к уменьшению выходного напряжения. Общий вид внешней характеристики представлен на рисунке 13.


Рис. 13. Внешняя характеристика выпрямителя:

Uн, Iн – действующие значения напряжения и тока в нагрузке

  1   2   3


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации