Сглаживающий фильтр и параметрический стабилизатор напряжения (ПСН) сетевого блока питания собирают обычно по стандартной схеме А или аналогичным ей схемам Б и В - рис.1. Коэффициент нестабильности по напряжению и току таких устройств одинаков. Одинаков и их коэффициент полезного действия.
Рассматривая сглаживающий фильтр (С1, С2) и ПСН (R1, R2 и VD1) устройства по схеме А как два элемента единой системы, нетрудно заметить, что функция сглаживания пульсаций распределена между этими элементами. Допустимо целенаправленное перераспределение этой функции.
Рис.1.
Так, при неизменной суммарной емкости фильтрующих конденсаторов возможен переход к устройствам по схеме Б — со сглаживающим ПСН (СПСН) путем рассредоточения имеющейся батареи конденсаторов. В устройстве по схеме В те же конденсаторы распределены между входом и выходом. Каким при прочих равных условиях будет уровень пульсаций выходного напряжения каждого из этих устройств?
Мною проведены сравнительные испытания с использованием в сглаживающих фильтрах одинаковых по емкости конденсаторов С1 и С2. Вход каждого из этих устройств подключал к выходу двухполупериодного выпрямителя. Амплитуда выходного напряжения выпрямителя — 20В (действующее значение — 14В). Выходное напряжение устройств — 8,2В при максимальном выходном токе 50 мА.
Запас мощности рассеяния резисторов R1 и R2 обеспечивает допустимую длительность короткого замыкания на выходе. Входное Uвх и выходное Uвых напряжения пульсаций определял по осциллографу С1-83, как полную амплитуду пульсаций (отсчет от пика до пика) при выходном токе 10 мА. Результаты измерений сведены в таблицу 1.
Таблица 1
|
С1, мкФ |
С2, мкФ |
Устройство А |
Устройство Б |
Устройство В |
|
Uвх, мВ |
Uвых, мВ |
Uвх, мВ |
Uвых, мВ |
Uвх, мВ |
Uвых, мВ |
|
100 |
100 |
4000 |
20 |
7500 |
18 |
7500 |
38 |
|
200 |
200 |
2000 |
10 |
4000 |
5 |
4000 |
20 |
|
500 |
500 |
800 |
4 |
1600 |
0,8 |
1600 |
7 |
|
1000 |
1000 |
400 |
2 |
800 |
0,2 |
800 |
3 |
|
2000 |
2000 |
200 |
1 |
400 |
- |
400 |
1 |
Напряжение Uвых устройства А уменьшается обратно пропорционально емкости С фильтрующих конденсаторов. В устройстве Б, включающем СПСН, Uвых уменьшается по закону, близкому к квадратичной зависимости от емкости фильтра. По мере увеличения емкости фильтрующих конденсаторов возрастает и степень приближения к квадратичной зависимости Uвых от емкости. При емкости конденсаторов 2000 мкФ Uвых СПСН замерить осциллографом С1-83 не удалось ввиду его малости.
Фактором, ограничивающим уменьшение емкости конденсатора С1 в устройстве Б, является рост Uвх до определенного предела. Для большинства конденсаторов с оксидным диэлектриком допустимо значение переменной составляющей от 2,5 до 40 % номинального напряжения [1]. Из-за малости Uвых устройство В не имеет преимуществ, уступая устройству Б при всех значениях емкости, а устройству А — при суммарной емкости сглаживающих конденсаторов менее 2000 мкФ.
Относительно слабое влияние емкости конденсатора С2 на Uвых устройства В предопределено шунтирующим действием стабилитрона VD1 на емкостное сопротивление конденсатора С2, составляющее
Хс =1/wС = 1/2pfС, где:
По мере увеличения емкости уменьшается Хс, а вследствие этого — и шунтирующее действие стабилитрона.
Результаты сравнительных испытаний позволяют облегчить выбор обоснованного схемотехнического построения сетевого блока питания. Применение СПСН обеспечивает как уменьшение пульсаций при неизменной энергоемкости нескольких сглаживающих конденсаторов, так и упрощение конструкции блока питания за счет снижения энергоемкости конденсаторов при сохранении приемлемого уровня пульсаций выходного напряжения.
А. Трифонов
Литература:
1. И. И. Четвертков, В. Ф. Смирнов Справочник по электрическим конденсаторам. — М.: Радио и связь, 1983, с. 399-402
