Расчет электролитического конденсатора для выпрямителя: Расчет электролитического конденсатора в сетевом выпрямителе

Содержание

Расчет электролитического конденсатора в сетевом выпрямителе



Расчет электролитического конденсатора в сетевом выпрямителе

Расчет сглаживающего конденсатора в сетевом выпрямителе.

Входной выпрямитель является неотъемлемым элементом большинства преобразователей, питающихся от переменного сетевого напряжения. После диодного моста напряжение на конденсаторе будет иметь вид пилы, верхняя точка которой равна амплитудному напряжению сети (минус падение напряжения на диодах моста, что несущественно для устройств, питающихся от 220В), а нижняя зависит от емкости конденсатора и тока потребления нагрузки выпрямителя. В этой статье приведен пример расчета емкости сглаживающего конденсатора выпрямителя. Более полная информация приведена в статье А.И. Колпакова.

 

В качестве примера приведен расчет конденсатора для реального преобразователя, разработка которого была доведена до практического воплощения,  Pвых=1200Вт (выходное напряжение 60В, ток 20А, КПД около 90%)

 

Исходные данные для расчета:

Uвх = 220В       (напряжение сети)

f = 50Гц             (частота сетевого напряжения)

Задаваемые параметры:

Umin =260В     (минимальное напряжение — задается минимальное значение пилообразного напряжения на конденсаторе)

Iнагр = 5.13А           (ток потребления нагрузки выпрямителя, если известна мощность нагрузки, то ток можно вычислить как I=Pвх/Uмин, в моем случае Pвх=Pвых/КПД, т.е I=(1200/0.9)/260=5.13А )

  1. Вычисляется время заряда конденсатора (в течение которого ток потребляется от сети). Так как напряжение изменяется по синусоидальному закону, используем для расчета формулу тригонометрии:

    t(зар) = (arccos(Umin/Umax))/(2*pi*f)

    Для синусоиды Umax = Uвх*1.41=220*1.41= 310 В (амплитудное сетевое напряжение), т.е.

    t(зар) = (arccos(260/310))/(2*3.141*50) = 0.00183 c

  2. Вычисляется время разряда конденсатора:

    t(раз) = T-t(зар)

    в двухполупериодном выпрямителе T = (1/f)/2 = 1/50/2=0.01с (частота сети в двухполупериодном выпрямителе удваивается)

    t(раз) = 0.01-0.00183 = 0.0082 с

  3. Находится емкость конденсатора, на которой за время t(раз) при токе нагрузки Iнагр напряжение с Umax уменьшится до Umin:

      C = Iнагр*dt/dU,

     в нашем случае dt это  t(раз), а dU является разница (Umax-Umin)

    C = 5.13*0.0082/(310-260) = 0.00084Ф = 840 мкФ

  4. Находим пиковый зарядный ток:

    Ipic = C*dU/dt,

    где dU = Umax-Umin, а dt — это время заряда конденсатора, т.е. t(зар)

    Ipic = 0.00084*(310-260)/0.00183 = 23А

  5. Находим среднеквадратичное значение импульсного тока через конденсатор по формуле:

    Irms = √(I(зар)²+I(разр)²),

    где  I(зар)-среднеквадратичный ток через конденсатор на цикле заряда, а I(разр) — среднеквадратичный ток через конденсатор на цикле разряда.

    Считаем, что ток заряда конденсатора имеет треугольную форму, тогда

    I(зар) = Ipic*√((t(зар)/T)/3) = 23*√((0.00183/0.01)/3) = 5.7A

    На интервале разряда через конденсатор течет ток нагрузки, поэтому

    I(разр) = Iнагр*t(раз)/T = 5.13*0.0082/0.01 = 4.2А

    Итак,  Irms = (5.7²+4.2²) = 7.1А

    Полученное  Irms используется при выборе конденсатора (для электролитических конденсаторов обычно указывается допустимое значение импульсного тока для частоты 100Гц). Если у выбранного конденсатора допустимое значение импульсного тока меньше, необходимо набирать конденсаторы с меньшей емкостью и соединять в параллель исходя из условия: суммарная емкость не меньше рассчитанной, а ток, приходящийся на каждый из конденсаторов (ток по конденсаторам с одинаковой емкостью разделится равномерно), не более допустимого.

     

Расхождение теоретического расчета с практикой.

В заключение скажу, насколько вышеизложенная теория разошлась с практикой, и решайте сами, стоит ли применять эту методику.

Суммарная реальная емкость конденсаторов в моем преобразователе составила 1020мкФ, при этом измеренные осциллографом параметры были следующие:

  • Umin   равнялось примерно 265-275В (близко к расчетному)

  • t(зар) составляло около 3мс (приличная погрешность — по расчету 1.8мс, а учитывая, что емкость выше расчетной, должно быть еще меньше)

  • Ipic составило 21А (близко к расчетному)

Выпрямитель и простейший блок питания, как это сделать самому

Выпрямитель и простейший блок питания, как это сделать самому

Блок питания (БП) — устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого системе, из напряжения электрической сети.

Выпрямитель — это устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Это одна из самых часто встречающихся деталей в электроприборах, начиная от фена для волос, заканчивая всеми типами блоков питания с выходным напряжением постоянного тока. Есть разные схемы выпрямителей и каждая из них в определённой мере справляется со своей задачей. В этой статье мы расскажем о том, как сделать однофазный выпрямитель, и зачем он нужен.

Определение

Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Слово «постоянный» не совсем корректно, дело в том, что на выходе выпрямителя, в цепи синусоидального переменного напряжения, в любом случае окажется нестабилизированное пульсирующие напряжение. Простыми словами: постоянное по знаку, но изменяющееся по величине.

Различают два типа выпрямителей:

Однополупериодный. Он выпрямляет только одну полуволну входного напряжения. Характерны сильные пульсации и пониженное относительно входного напряжение.

Двухполупериодный. Соответственно, выпрямляется две полуволны. Пульсации ниже, напряжение выше чем на входе выпрямителя – это две основных характеристики.

Что значит стабилизированное и нестабилизированное напряжение?

Стабилизированным называется напряжение, которое не изменяется по величине независимо ни от нагрузки, ни от скачков входного напряжения. Для трансформаторных источников питания это особенно важно, потому что выходное напряжение зависит от входного и отличается от него на Ктрансформации раз.

Нестабилизированное напряжение – изменяется в зависимости от скачков в питающей сети и характеристик нагрузки. С таким блоком питания из-за просадок возможно неправильное функционирование подключенных приборов или их полная неработоспособность и выход из строя.

Выходное напряжение

Основные величины переменного напряжения — амплитудное и действующее значение. Когда говорят «в сети 220В переменки» имеют в виду действующее напряжение.

Если говорят об амплитудной величине, то имеют в виду, сколько вольт от нуля до верхней точки полуволны синусоиды.

Опустив теорию и ряд формул можно сказать, что действующее напряжение в 1.41 раз меньше амплитудного. Или:

Uа=Uд*√2

Амплитудное напряжение в сети 220В равняется:

220*1.41=310

Схемы

Однополупериодный выпрямитель состоит из одного диода. Он просто не пропускает обратную полуволну. На выходе получается напряжение с сильными пульсациями от нуля до амплитудного значения входного напряжения.

Если говорить совсем простым языком, то в этой схеме к нагрузке поступает половина от входного напряжения. Но это не совсем корректно.

Двухполупериодные схемы пропускают к нагрузке обе полуволны от входного. Выше в статье упоминалось об амплитудном значении напряжения, так вот напряжение на выходе выпрямителя то же ниже по величине, чем действующее переменное на входе.

Но, если сгладить пульсации с помощью конденсатора, то, чем меньшими будут пульсации, тем ближе напряжение будет к амплитудному.

О сглаживания пульсаций мы поговорим позже. А сейчас рассмотрим схемы диодных мостов.

Их две:

1. Выпрямитель по схеме Гретца или диодный мост;

2. Выпрямитель со средней точкой.

Первая схема более распространена. Состоит из диодного моста – четыре диода соединены между собой «квадратом», а в его плечи подключена нагрузка. Выпрямитель типа «мост» собирается по схеме приведенной ниже:

Её можно подключить напрямую к сети 220В, так сделано в современных импульсных блоках питания, или на вторичные обмотки сетевого (50 Гц) трансформатора. Диодные мосты по этой схеме можно собирать из дискретных (отдельных) диодов или использовать готовую сборку диодного моста в едином корпусе.

Вторая схема – выпрямитель со средней точкой не может быть подключена напрямую к сети. Её смысл заключается в использовании трансформатора с отводом от середины.

По своей сути – это два однополупериодных выпрямителя, подключенные к концам вторичной обмотки, нагрузка одним контактом подключается к точке соединения диодов, а вторым – к отводу от середины обмоток.

Её преимуществом перед первой схемой является меньшее количество полупроводниковых диодов. А недостатком – использование трансформатора со средней точкой или, как еще называют, отводом от середины. Они менее распространены чем обычные трансформаторы со вторичной обмоткой без отводов.

Сглаживание пульсаций

Питание пульсирующим напряжением неприемлемо для ряда потребителей, например, источники света и аудиоаппаратура. Тем более, что допустимые пульсации света регламентируются в государственных и отраслевых нормативных документах.

Для сглаживания пульсаций используют фильтры – параллельно установленный конденсатор, LC-фильтр, разнообразные П- и Г-фильтры…

Но самый распространенный и простой вариант – это конденсатор, установленный параллельно нагрузке. Его недостатком является то, что для снижения пульсаций на очень мощной нагрузке придется устанавливать конденсаторы очень большой емкости – десятки тысяч микрофарад.

Его принцип работы заключается в том, что конденсатор заряжается, его напряжение достигает амплитуды, питающее напряжение после точки максимальной амплитуды начинает снижаться, с этого момента нагрузка питается от конденсатора. Конденсатор разряжается в зависимости от сопротивления нагрузки (или её эквивалентного сопротивления, если она не резистивная). Чем больше емкость конденсатора – тем меньшие будут пульсации, если сравнивать с конденсатором с меньшей емкостью, подключенного к этой же нагрузке.

Простым словами: чем медленнее разряжается конденсатор – тем меньше пульсации.

Скорости разряда конденсатора зависит от потребляемого нагрузкой тока. Её можно определить по формуле постоянной времени:

t=RC,

где R – сопротивление нагрузки, а C – емкость сглаживающего конденсатора.

Таким образом, с полностью заряженного состояния до полностью разряженного конденсатор разрядится за 3-5 t. Заряжается с той же скоростью, если заряд происходит через резистор, поэтому в нашем случае это неважно.

Отсюда следует – чтобы добиться приемлемого уровня пульсаций (он определяется требованиями нагрузки к источнику питания) нужна емкость, которая разрядится за время в разы превышающее t. Так как сопротивления большинства нагрузок сравнительно малы, нужна большая емкость, поэтому в целях сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя применяют электролитические конденсаторы, их еще называют полярными или поляризованными.

Обратите внимание, что путать полярность электролитического конденсатора крайне не рекомендуется, потому что это чревато его выходом из строя и даже взрывом. Современные конденсаторы защищены от взрыва – у них на верхней крышке есть выштамповка в виде креста, по которой корпус просто треснут. Но из конденсатора выйдет струя дыма, будет плохо, если она попадет вам в глаза.

Расчет емкости ведется исходя из того какой коэффициент пульсаций нужно обеспечить. Если выражаться простым языком, то коэффициентом пульсаций показывает, на какой процент проседает напряжение (пульсирует).

Чтобы посчитать емкость сглаживающего конденсатора можно использовать приближенную формулу:

C=3200*Iн/Uн*Kп,

Где Iн – ток нагрузки, Uн – напряжение нагрузки, Kн – коэффициент пульсаций.

Для большинства типов аппаратуры коэффициент пульсаций берется 0.01-0.001. Дополнительно желательно установить керамический конденсатор как можно большей емкости, для фильтрации от высокочастотных помех.

Как сделать блок питания своими руками?

Простейший блок питания постоянного тока состоит из трёх элементов:

1. Трансформатор;

2. Диодный мост;

3. Конденсатор.

Если нужно получить высокое напряжение, и вы пренебрегаете гальванической развязкой то можно исключить трансформатор из списка, тогда вы получите постоянное напряжение вплоть до 300-310В. Такая схема стоит на входе импульсных блоков питания, например, такого как у вас на компьютере.

Это нестабилизированный блок питания постоянного тока со сглаживающим конденсатором. Напряжение на его выходе больше чем переменное напряжение вторичной обмотке. Это значит, что если у вас трансформатор 220/12 (первичная на 220В, а вторичная на 12В), то на выходе вы получите 15-17В постоянки. Эта величина зависит от емкости сглаживающего конденсатора. Эту схему можно использовать для питания любой нагрузки, если для нее неважно, то, что напряжение может «плавать» при изменениях напряжения питающей сети.

Важно:

У конденсатора две основных характеристики – емкость и напряжение. Как подбирать емкость мы разобрались, а с подбором напряжения – нет. Напряжение конденсатора должно превышать амплитудное напряжение на выходе выпрямителя хотя бы в половину. Если фактическое напряжение на обкладках конденсатора превысит номинальное – велика вероятность его выхода из строя.

Старые советские конденсаторы делались с хорошим запасом по напряжению, но сейчас все используют дешевые электролиты из Китая, где в лучшем случае есть малый запас, а в худшем – и указанного номинального напряжения не выдержит. Поэтому не экономьте на надежности.

Стабилизированный блок питания отличается от предыдущего всего лишь наличием стабилизатора напряжения (или тока). Простейший вариант – использовать L78xx или другие линейные стабилизаторы, типа отечественного КРЕН.

Так вы можете получить любое напряжение, единственное условие при использовании подобных стабилизаторов, это то, напряжение до стабилизатора должно превышать стабилизированную (выходную) величину хотя бы на 1.5В. Рассмотрим, что написано в даташите 12В стабилизатора L7812:

Входное напряжение не должно превышать 35В, для стабилизаторов от 5 до 12В, и 40В для стабилизаторов на 20-24В.

Входное напряжение должно превышать выходное на 2-2.5В.

Полная версия даташита https://www.jameco.com/Jameco/Products/ProdDS/889305.pdf

Т.е. для стабилизированного БП на 12В со стабилизатором серии L7812 нужно, чтобы выпрямленное напряжение лежало в пределах 14.5-35В, чтобы избежать просадок, будет идеальным решением применять трансформатора с вторичной обмоткой на 12В.

Но выходной ток достаточно скромный – всего 1.5А, его можно усилить с помощью проходного транзистора. Если у вас есть PNP-транзисторы, можно использовать эту схему:

На ней изображено только подключение линейного стабилизатора «левая» часть схемы с трансформатором и выпрямителем опущена.

Если у вас есть NPN-транзисторы типа КТ803/КТ805/КТ808, то подойдет эта:

Стоит отметить, что во второй схеме выходное напряжение будет меньше напряжения стабилизации на 0.6В – это падение на переходе эмиттер база. Для компенсации этого падения в цепь был введен диод D1.

Можно и в параллель установить два линейных стабилизатора, но не нужно! Из-за возможных отклонений при изготовлении нагрузка будет распределяться неравномерно и один из них может из-за этого сгореть.

Установите и транзистор, и линейный стабилизатор на радиатор, желательно на разные радиаторы. Они сильно греются.

Регулируемые блоки питания

Простейший регулируемый блок питания можно сделать с регулируемым линейным стабилизатором LM317, её ток тоже до 1.5 А, вы можете усилить схему проходным транзистором, как было описано выше.

Вот более наглядная схема для сборки регулируемого блока питания.

Чтобы получить больший ток можно и использовать более мощный регулируемый стабилизатор LM350.

В последних двух схемах есть индикация включения, которая показывает наличие напряжения на выходе диодного моста, выключатель 220В, предохранитель первичной обмотки.

Вот пример регулируемого зарядного устройства для аккумулятора с тиристорным регулятором в первичной обмотке, по сути такой же регулируемый блок питания.

Кстати похожей схемой регулируют и сварочный ток:

Заключение

Выпрямитель используется в источниках питания для получения постоянного тока из переменного. Без его участия не получится запитать нагрузку постоянного тока, например светодиодную ленту или радиоприемник.

Также используются в разнообразных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов, есть ряд схем с использованием трансформатора с группой отводов от первичной обмотки, которые переключаются галетным переключателем, а во вторичной обмотке установлен только диодный мост. Переключатель устанавливают со стороны высокого напряжения, так как, там в разы ниже ток и его контакты не будут пригорать от этого.

По схемам из статьи вы можете собрать простейший блок питания как для постоянной работы с каким-то устройством, так и для тестирования своих электронных самоделок.

Схемы не отличаются высоким КПД, но выдают стабилизированное напряжение без особых пульсаций, следует проверить емкости конденсаторов и рассчитать под конкретную нагрузку. Они отлично подойдут для работы маломощных аудиоусилителей, и не создадут дополнительного фона. Регулируемый блок питания станет полезным автолюбителями и автоэлектрикам для проверки реле регулятора напряжения генератора.

Регулируемый блок питания используется во всех областях электроники, а если его улучшить защитой от КЗ или стабилизатором тока на двух транзисторах, то вы получите почти полноценный лабораторный блок питания.

Ранее ЭлектроВести писали, что компании Nissan Energy и OPUS Campers представили любопытную новинку — концептуальный автомобиль-кемпер Nissan x OPUS. Главная идея Nissan x OPUS заключается в том, чтобы обеспечить путешественников электроэнергией вдали от цивилизации. Для этого предлагается использовать отработанные аккумуляторные батареи электромобилей.

По материалам: electrik.info.

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: WС = 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 RS или ESR — эквивалентное последовательное сопротивление, значение которого также приводится в технических характеристиках (по крайней мере у серьезных производителей).

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 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 RS практически не зависит от частоты.

Рис. 2. Зависимость ESR от частоты

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

где Rth — тепловое сопротивление «точка перегрева — окружающая среда». Некоторые дополнительные потери PL создает и ток утечки IL:

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 Lop можно записать соотношение:

где Uop — рабочее напряжение, UR — предельно допустимое напряжение, LopR — срок службы ЭК при напряжении UR.

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

Lop 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 Lop от вероятности отказа следующим образом:

где m — среднее время между отказами.

Lop и λ экспоненциально зависят от температуры: λ возрастает, а Lop — 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 Rth — тепловое сопротивление конденсатора.

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

На тепловые режимы при импульсном характере работы влияние оказывает также тепловая емкость конденсатора Cth, 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.

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 Rs (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 IL = k × C × UR, где константа k = 3 × 10-3. Ток резистора IR 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 IRMS

Этот наиболее важный параметр, который приходится оценивать при анализе практически любой схемы, в состав которой входят ЭК. Именно значение IRMS определяет в основном потери в ЭК. Поэтому ведущие производители конденсаторов приводят в своих технических данных предельное значение IRMS, 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 Icpp и среднеквадратичный Irmsc (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 Icpp (момент времени t1):

Ток разряда Id определяется из соотношения:

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

Среднеквадратичное значение тока разряда Irmsd:

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 Umin = 250 В, что соответствует мощности примерно 750 Вт на сопротивлении нагрузки 80 Ом. Минимальное напряжение Uminприсутствует 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 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 Cnewопределяться допуском (+30%) и температурным коэффициентом (1,05 при 105 °С).

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

Воспользуемся выражениями для Icpp и Id, 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 Irmsс(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 Irmsс 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 Ta 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 Cold:

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

В этом случае Irmsold = 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 Тa = 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).

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.

  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 + ΔT = 90 °С, kt = 0,8 – ESR = 190 × 0,8 = 152мОм. Теперь можно откорректировать значение температуры перегрева: Ths = Ta + ΔT = 40 °С + Pc × Rth = 40 + 25 × 0,152 × 10,6 = 80 °С
  4. По (рис. 8.6) определяется срок службы Lop при температуре Ths = 80 °С – Lop
  5. ≅ 15000.

  6. 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

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

  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.

Как рассчитать емкость гасящего конденсатора простого блока питания. . Обзоры товаров из Китая.

Блок питания с гасящим конденсатором представляет собой простейший вариант запитать какое нибудь маломощное устройство.

При всей своей простоте он имеет и два минуса:
1. Он гальванически связан с сетью! потому такие БП используются там, где нет вероятности прикосновения к контактам.
2. Такой Бп имеет не очень большой выходной ток. При увеличении выходного тока надо увеличивать емкость гасящего конденсатора и его габариты становятся существенными.

Внимание, будьте очень аккуратны, не прикасайтесь к контактам этого БП когда он включен.

Простейшая схема данного БП выглядит так:

Как можно увидеть из схемы, последовательно с сетью стоит конденсатор. Он то и является балластом,, на котором гасится часть напряжения.
Конденсатор не пропускает постоянный ток, но так как в сети переменный и конденсатор в итоге постоянно перезаряжется, то и получается, что в таком случае ток на выходе есть. Причем сила тока напрямую зависит от емкости конденсатора.

Собственно потому для расчета емкости конденсатора необходимо знать как минимум выходной ток нашего будущего БП, причем надо учесть и потребление стабилизатора, обычно это несколько мА.

И так. Есть две формулы, сложная и простая.
Сложная — подходит для расчета при произвольном выходном напряжении.
Простая — подходит в ситуациях, когда выходное напряжение не более 10% от входного.
I — выходной ток нашего БП
Uвх — напряжение сети, например 220 Вольт
Uвых — напряжение на выходе БП (или до стабилизаторе если такой есть), например 12 Вольт.
С — собственно искомая емкость.

Например я хочу сделать БП с выходным током до 150мА. Пример схемы приведен выше, вариант применения — радиопульт с питанием 5 Вольт + реле на 12 Вольт.
Подставляем наши 0.15 Ампера и получаем емкость 2.18мкФ, можно взять ближайший номинал из стандартных — 2,2мкФ, ну или «по импортному» — 225.

Все как бы вроде хорошо, схема простая, но есть несколько минусов, которые надо исключить:
1. Бросок тока при включении может сжечь диодный мост.
2. При выходе из строя конденсатора может быть КЗ
3. Если оставить как есть, то вполне можно получить разряд от входного конденсатора, так как на нем может долго присутствовать напряжение даже после отключения БП от сети.
4. При снятии нагрузки напряжение на конденсаторе до стабилизатора поднимется до довольно большого значения.

Решения:
1. Резистор R1 последовательно с конденсатором
2. Предохранитель 0.5 Ампера.
3. Резистор R2 параллельно конденсатору.
4. Супрессор на 12 Вольт параллельно конденсатору после диодного моста. Я не рекомендую здесь использовать стабилитроны, супрессоры рассчитаны на большую мощность рассеивания и схема будет работать надежнее.

На схеме красным цветом я выделил новые компоненты, синим — небольшое дополнение в виде светодиода.

Но гасящие конденсаторы используют часто и в дешевых светодиодных лампах. Это плохо, так как у таких ламп меньше надежность и часто высокие пульсации света.
Ниже упрощенный вариант схемы такой лампы.

Попробуем рассчитать емкость для такого применения, но так как напряжение на выходе будет явно больше чем 1/10 от входного, то применим первую формулу.
В качестве выходного напряжения я заложил 48 Вольт, 16 светодиодов по 3 Вольта на каждом. Конечно это все условно, но близко к реальности.
Ток — 20мА, типичный максимальный ток для большинства индикаторных светодиодов.

У меня вышло, что необходим конденсатор емкостью 0.298 мкФ. Ближайший из распространенных номиналов — 0.27 или 0.33мкФ. Первый встречается гораздо реже, а второй уже будет давать превышение тока, потому можно составить конденсатор из двух параллельных, например по 0.15мкФ. При параллельном включении емкость складывается.

С емкостью разобрались, осталось еще пара моментов:
1. Напряжение конденсатора
2. Тип конденсатора.

С напряжением все просто, можно применить конденсатор на 400 Вольт, но надежнее на 630, хоть они и имеют больше размер.

С типом чуть сложнее. Для такого применения лучше использовать конденсаторы, которые изначально предназначены для такого использования, например К73-17, CL21, X2
На фото конденсатор CL21

А это более надежный вариант, не смотрите что на нем указано 280 Вольт, у него это значение переменного действующего напряжения и он будет работать надежнее, чем К73-17 или CL21.

Такие конденсаторы могут выглядеть и так

А вот теперь можно еще раз внимательно посмотреть, что надо для того, чтобы собрать такой «простой» блок питания и решить, нужен ли он.
В некоторых ситуациях да, он поможет, но он имеет кучу минусов, потому на мой взгляд лучше применить просто небольшой импульсный блок питания, который уже имеет стабилизированное выходное напряжение, гальваническую изоляцию и больший выходной ток.
Как пример таких блоков питания я могу дать ссылку на подробный обзор четырех вариантов, с тестами, схемами и осмотров.

Но можно поступить еще лучше. Сейчас получили распространение монолитные блоки питания. По сути кубик, в котором находится миниатюрный БП
Например HLK-PM01 производства Hi-link, стоимостью около двух долларов за штуку.

Или их китайский аналог TSP-05 производства Tenstar robot. Они немного дешевле, 1.93 доллара за штуку.
Практика показала, что качество у них сопоставимое.

Как я писал выше, они представляют из себя импульсный Бп в модульном исполнении. БП в пластмассовом корпусе залитый эпоксидной смолой.
Выпускаются на разные напряжения и способны поддерживать его на довольно стабильном уровне.

Внутренности поближе, на фото вариант от Hi-link

На этом вроде все. Надеюсь, что статья была полезна, постараюсь и в будущем находить интересные темы. Также интересны пожелания, что хотелось бы видеть в рубрике — Начинающим.

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?

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)

(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.

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 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)

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)

(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

35 x 25

HU3

“snap-in”

80

3 300

1,19 (120 Гц, 105ºС)

25 x 50

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:

Заметки обо всем. Простые и опасные источники питания / Хабр

О чем эта статья


В этой статье рассказано о принципах построения простейших бестрансформаторных источников питания.Тема не новая, но, как показал опыт, не всем известная и понятная. И даже, некоторым, интересная.

Прошу желающих и интересующихся читать, критиковать, уточнять и дополнять на почту [email protected] или на мой сайт в раздел «Контакты».

Вступление


Не так давно один мой знакомый влез пальцами в некую схему, которую собирался починить (проводок отвалился — так что просто припаять его надо было на место). И его ударило током. Не сильно ударило, но ему хватило, чтобы удивиться: «как так — тут микроконтроллер стоит, что тут может стукнуть? Он же от 5 вольт питается!».

Его удивление быстро разъяснилось: схема оказалась с бестрансформаторным питанием и без гальванической развязки от сети.

Далее последовали вопросы уже в мою сторону. Сводились они к двум вещам: «А чё? Так можно делать?!» и «А как оно работает?».

Хотя я и не считаю себя экспертом в электронике, но делать подобные блоки питания мне приходилось. Так что пришлось взять ручку и листок и объяснить как оно работает. Благо это совсем не сложно.

Возможно, что и вам покажется интересной тема «бестрансформаторных» источников питания или, сокращённо, БИП. Кому-то для общего развития, а кому-то и для практического применения.

Источники питания от бытовой сети переменного тока


Сразу предупреждаю: я намеренно не коснусь тут импульсных источников питания. Это тема для другого разговора.

Вообще говоря, функции источника питания низковольтной электронной аппаратуры обычно состоят в следующем: обеспечить на выходе источника питания заданное напряжение при заданном диапазоне потребляемого тока. То есть, если выразиться формально, источник питания — это источник постоянного напряжения Uвых, который сохраняет Uвых=const при изменении потребляемого тока от Imin до Imax.

В «классическом» линейном источнике питания это происходит обычно так: входное сетевое напряжение понижается с помощью трансформатора, затем это напряжение выпрямляется и, наконец, стабилизируется с помощью линейного стабилизатора.

Структурная схема «классического» линейного источника питания показана на рисунке ниже. Одной из самых «неудобных» деталей такого источника питания является трансформатор: он дорогой и громоздкий.

Поэтому, радиолюбители и радиопрофессионалы искали способы — как отказаться от этот громоздкой и дорогой детали — трансформатора или хотя бы уменьшить его габариты и стоимость.

И такое решение нашлось: стали использовать реактивное сопротивление конденсатора Rc для того, чтобы «гасить» лишнее напряжение. Структурная схема «бестрансформаторного» источника питания (БИП) показана ниже.

Как видим, структура БИП почти не отличается от классического линейного источника питания. Разве что вместо трансформатора поставили гасящий конденсатор. Пусть вас не смущает и не обманывает сходство структуры этих источников питания на рисунке: внутри отличий масса.

Достоинства БИП: он относительно компактен, надёжен, дёшев, не боится короткого замыкания по выходу.

Но есть и существенные недостатки: он опасен с точки зрения прикосновения человека к элементам питаемого устройства. Да и максимальный ток, который может обеспечить такой источник питания — всего несколько сот миллиампер. При большем токе габариты конденсаторов велики и проще поставить трансформатор или вообще поставить импульсник.

Исходя из достоинств и недостатков БИП, область его применения — это хорошо изолированные маломощные устройства с питанием от бытовой электрической сети: одиноко стоящие датчики, устройства управления освещением, устройства включения вентиляции и обогрева и другие устройства малой мощности, работающие автономно.

Попробуем понять — как работает реальная схема БИП и как её рассчитать.

Теория практики и практика теории


Пример простейшей практической схемы


Так как раньше, до появления дешёвых «импульсников», БИП были наверное самым доступным способом уменьшить габариты и цену источника питания, то схем БИП в книгах и интернете — вагон и маленькая тележка. Но принцип работы почти у всех схем примерно одинаковый: один или несколько гасящих конденсаторов на входе, выпрямитель и выходной стабилизатор постоянного напряжения.

Давайте рассмотрим одну из простейших рабочих схем БИП, что показана на рисунке ниже.

Сразу видны все основные части схемы: гасящий конденсатор С1; двухполупериодный выпрямитель — диодный мост VD1 и сглаживающий конденсатор C2; стабилизатор напряжения — стабилитрон VS1; и, наконец, нагрузка — питаемое от источника устройство .

Забудем о «лишних элементах» или «основная формула БИП»


Для простоты забудем пока о существовании резисторов R1 и R2: будем считать, что R2 отсутствует вообще, а R1 заменён на перемычку. Для всех расчётов это не существенно, а о назначении этих резисторов мы поговорим позже. То есть, временно, схема для нас будет выглядеть так, как на следующем рисунке.

Переменный ток сети питания, ограниченный гасящим конденсатором С1, протекает через точки 1 и 2 диодного моста VD1.

Постоянный ток, получаемый после выпрямления переменного диодным мостом VD1, протекает через стабилитрон и «нагрузку» — питаемое устройство.

На схеме показано, как протекают все токи: Ic — переменный ток сети, — постоянный ток нагрузки и Iст — постоянный ток стабилитрона.

Хоть я и написал «постоянный» и «переменный» токи — на самом деле это один и тот же ток. Просто диодный мост заставляет его течь через стабилитрон и нагрузку всегда в одну и ту же сторону.

Если считать, что мы измеряем действующее значение тока , то можно записать основную формулу работы нашей схемы БИП:

Это следует из первого закона Кирхгофа, который гласит, что сумма втекающих в любой узел токов равна сумме вытекающих из него токов и по сути является частной формулировкой закона сохранения массы/энергии.

Из этой формулы следует простой, но важный вывод: при неизменном напряжении сети , ток, потребляемый от питающей сети практически не изменяется при изменении сопротивления в рабочем диапазоне токов — это ключевое отличие БИП от линейного источника питания с трансформатором.

Несмотря на то, что блок-схемы источников питания, приведённые в начале статьи очень похожи — работают очень по-разному: понижающий трансформатор в первой блок-схеме является источником напряжения, а гасящий конденсатор во второй блок-схеме является источником тока!
Но вернёмся к нашей схеме. Из последней формулы становится также ясно, что схема стабилизатора по сути является делителем тока между нагрузкой и стабилитроном VS1.

Если нагрузку оторвать совсем — то весь ток потечёт через стабилитрон. Если нагрузку «закоротить» — весь ток потечёт через нагрузку, в обход стабилитрона.

А вот «отрывать» стабилитрон VS1 от схемы ни в коем случае нельзя! Если его оторвать, то все сетевое напряжение может податься на нагрузку . Последствия будут, скорее всего, печальные.

Когда педантичность не нужна


В любом варианте — от полного отключения до его «закоротки» — ток Ic, текущий через гасящий конденсатор C1 будет примерно равен ; где — напряжение сети, а — сопротивление конденсатора С1.

Педанты и прочие любители точности могут меня упрекнуть, дескать я не учёл напряжение на диодном мосту (между точками 1 и 2). Поэтому напряжение на конденсаторе C1 будет несколько меньше, чем — напряжение в розетке.

Разумеется, строго формально, товарищи педанты будут правы. Но смею заметить, что если нагрузка у нас — маломощное устройство с питанием или 12В, а напряжение «в розетке» около 220В, то падением напряжения на нагрузке можно смело пренебречь: разница в «точных» и «приблизительных» расчётах будет не более нескольких процентов.

Что такое сопротивление гасящего конденсатора ? Это реактивное сопротивление конденсатора: оно зависит от частоты напряжения, подаваемого на конденсатор и вычисляется по формуле: , где f — частота напряжения в Герцах, а С — ёмкость конденсатора в Фарадах. Так как частота сети у нас фиксирована и составляет 50Гц, то для инженерных расчётов можно использовать формулу: , откуда . Для педантов опять-таки напоминаю, что ёмкость конденсатора всегда имеет погрешность в несколько процентов (обычно — 5%-15%), поэтому точнее считать смысла не имеет.

Исходя из вышеприведённых формул, можно вычислить ёмкость конденсатора C1: . Напряжение сети нам известно. А ток можно посчитать, зная максимальный ток нагрузки и минимальный ток стабилизации стабилитрона VS1 (это справочный параметр).

Это теория. Попробую описать что-то вроде методики расчёта БИП «на пальцах».

Нужен ли нам БИП вообще?


Для начала решим вопрос — а надо ли вообще использовать в конкретном случае БИП?

Если ток нагрузки больше 0.3-0.5А, то лучше БИП не использовать: мороки много, а выигрыша по габаритам и стоимости обычно мизер или нет вообще. Также обычно не стоит полагаться на БИП, если напряжение питания устройства больше, чем 24-27В. И не стоит забывать о безопасности!

Предположим, что нам надо питать простенькую схему на микроконтроллере, которая кушает умеренный ток миллиампер этак 100 при умеренном напряжении 3-6В. Схема изолирована и поэтому безопасна.

Как прикинуть ёмкость С1 и выбрать стабилитрон VS1?


Прежде всего, необходимо уточнить максимальный ток нагрузки Iнmax: рассчитать или измерить.

Затем, надо залезть в справочник и найти там стабилитрон. Да не абы какой, а на нужное напряжение Uвых.

При поиске стабилитрона надо учитывать, что его максимальный ток стабилизации Iстmax должен быть не меньше, чем (Iстmin+Iнmax). Почему так? Да чтобы, если вы оторвали нагрузку , стабилитрон не сгорел. И наоборот — если нагрузка потребляет максимальный ток, то через стабилитрон течёт минимальный ток стабилизации Iстmin. Практически надо выбирать стабилитрон, чтобы его максимальный ток стабилизации Iстmax был больше, чем сумма токов (Iстmin+Iнmax) как минимум на 20%. Не забывайте, что в сети далеко не всегда 220В. Может быть и 250В запросто. Поэтому запас по току — не излишество, а разумная предосторожность.

Далее рассчитываем ёмкость гасящего конденсатора С1. Его реактивное сопротивление будет равно примерно: , а его ёмкость, соответственно, равна для сетевого напряжения с частотой 50Гц.

Не забывайте, что предельно допустимое напряжение конденсатора С1 должно быть не меньше 400В для бытовой сети в 220В. И, разумеется, конденсатор С1 не должен быть электролитическим: он работает в сети переменного тока.

Собственно, это самое важное — подбор стабилитрона и расчёт ёмкости конденсатора.

Тем, кому не ясно, что такое Iстmax и Iстmin, поясню подробнее.

Максимальный ток стабилизации стабилитрона Iстmax — это такой ток через стабилитрон, при превышении которого, стабилитрон выходит из строя.

Минимальный ток стабилизации стабилитрона Iстmin — это такой минимальный ток через стабилитрон, при котором напряжение на стабилитроне соответствует паспортным характеристикам.

То есть стабилитрон должен работать в таких условиях, что ток стабилизации Iст, протекающий через него, лежит в диапазоне .

Значения Iстmin и Iстmax для конкретного стабилитрона можно найти в справочнике и они всегда указаны в описании стабилитрона.

Итак, ещё раз, по пунктам, о том как рассчитать C1 и выбрать стабилитрон VS1.

  • Определяем напряжение нагрузки Uвых. Оно нам, как правило, известно.
  • Определяем максимальный ток нагрузки Iнmax. Можно измерить или рассчитать.
  • Лезем в справочник и ищем стабилитрон на напряжение Uвых, такой, что выполняется условие . (0.8 — потому что мы хотим 20% запаса по току).
  • Рассчитываем ёмкость гасящего конденсатора С1 по формуле

Пример расчёта

Предположим, что напряжение питания нагрузки будет Uвых=5В и максимальный ток потребления нагрузки будет Iнmax=100мА.

Лезем в справочник и находим там такой стабилитрон: КС447А. Напряжение стабилизации около . Iстmin=3мА, Iстmax=160мА.

Проверяем. Неравенство — выполняется, значит стабилитрон подходит по току.

Рассчитываем конденсатор С1: . Не забываем, что для бытовой сети 220В конденсатор С1 должен быть на напряжение 400В.

Фильтр или конденсатор С2


Диодный мост, как известно, не даёт выпрямленного напряжения: на его выходе напряжение пульсирующее.

Чтобы сгладить пульсации применяется фильтрующий конденсатор С2. Как рассчитать его ёмкость?

Как обычно, можно применить два метода — точный и упрощённый. Точный метод учитывает, что конденсатор разряжается по экспоненте и прочие нюансы. Но помня о том, что конденсаторы выбрать точно на нужную ёмкость нельзя (разброс ёмкости в 10-15% это норма), мы допустим некоторые упрощения, которые на результат практически не повлияют.

Чтобы понять, как рассчитать ёмкость конденсатора С2, вспомним, что такое выпрямитель. Посмотрим на рисунок ниже. Примерно так выглядят графики зависимости напряжений от времени в нашей схеме, использующей в качестве выпрямителя диодный мост.

Синяя линяя, обозначенная цифрой 1 — это переменное напряжение на входе диодного моста (точки 1 и 2 на схеме БИП).

Красная линия, обозначенная цифрой 2 — это напряжение на стабилитроне VS1, в отсутствие сглаживающего конденсатора С2 или пульсирующее напряжение (представим, что С2 временно «откусили» от схемы). И, наконец, зелёная линия, обозначенная цифрой 3 — это сглаженное выпрямленное напряжение, когда конденсатор С2 подключён.

Нефильтрованное (пульсирующее) напряжение на выходе выпрямителя (линия 2) по амплитуде чуть меньше, чем напряжение на входе выпрямителя (линия 1). Это объясняется просто: на диодах падает несколько десятых долей вольта.

Зелёная линия 3 показывает процесс заряда и разряда конденсатора С2. Максимальное напряжение, на которое способен зарядиться в нашей схеме — это напряжение на стабилитроне VS1. Затем конденсатор начинает разряжаться до тех пор, пока в следующем периоде не начнёт заряжаться вновь.

Амплитуда пульсаций — это напряжение, на которое успел разрядиться конденсатор С2 за один период пульсирующего напряжения на выходе выпрямителя (линия 2).

Посчитать приближенно амплитуду пульсаций несложно, если принять ток разряда за константу — это будет максимальный ток потребления нагрузки , который мы обозначили Iнmax.

По основной формуле конденсатора можно приблизительно посчитать, что: , где — это амплитуда пульсаций, a — период времени один период пульсирующего напряжения на выходе выпрямителя (линия 2).

На рисунке наглядно видно, что период равен половине периода напряжения питающей сети, или , где f — частота напряжения питающей сети (50Гц).

Таким образом, подставив одну формулу в другую, получим: или .

Теперь самое сложное — выбрать, а какая же амплитуда пульсаций нас устроит? Если в нагрузке есть свой линейный стабилизатор, то в принципе достаточно, чтобы амплитуда пульсаций была на уровне 10-20%. Например, часто в самой нагрузке есть какой-то стабилизатор — 7805 или AMS1117 или ещё что-то подобное.

Если же предполагается питать цифровую схему прямо от нашего БИП без дополнительной стабилизации — то коэффициент пульсаций более 5% лучше не задавать.

Предположим, что схема у нас питается от и имеет максимальный ток потребления 100мА. Коэффициент пульсаций задан 5%. Это значит, что будет равна 5% от или 0.25В. Частота сети — 50Гц.

Отсюда находим ёмкость конденсатора С2 — . Нехилая такая ёмкость! Тем более, что ближайшая бОльшая ёмкость 4700мкФ. Это довольно габаритный конденсатор даже на напряжение 10В.

Если же схема имеет внутри линейный стабилизатор, например AMS1117, то уровень пульсаций можно выбрать в 20%, при этом ёмкость конденсатора С2 будет всего около 1000мкФ.

Резисторы R1 и R2 — нужные и важные


Вернёмся к резисторам R1 и R2, о которых мы временно забыли.

С резистором R2 всё просто — он нужен для безопасности человека. То есть для того, чтобы конденсатор C1 разряжался после отключения схемы от питания. Иначе, если R2 не поставить, то конденсатор C1 будет довольно долго сохранять свой заряд после отключения питания от схемы. И если к нему прикоснуться — то вас ударит током. Очень неприятно. Резистор R2 можно не рассчитывать, а просто поставить любой сопротивлением 0.5 — 1 МОм. При таком сопротивлении ток через этот резистор будет мизерным и на работу схемы не повлияет.

С резистором R1 все сложнее. В процессе работы БИП он вроде бы не нужен. И это действительно так.

Но есть ещё момент включения БИП в сеть. И если в этот момент напряжение сети близко к амплитудному значению — то схема может сгореть. Даже почти наверняка сгорит.

Дело в том, что в момент включения, конденсатор С1 разряжен. А разряженный конденсатор на какое-то время (пока достаточно не зарядится) является по сути проводником. То есть все сетевое напряжение окажется на диодном мосту, нагрузке, стабилитроне и токи при этом будут просто огромны.

Поэтому и ставят резистор R1, функция которого — ограничить ток в момент включения. Например, если поставить R1 сопротивлением всего 10 Ом, то ток включения будет ограничен в самом худшем случае величиной около 30А. А такой ток в течении нескольких микросекунд уже вполне под силу выдержать большинству стабилитронов, не говоря уж о выпрямительных диодах диодного моста.

Обычно этот резистор так выбирают в пределах 10-30 Ом. Только имейте ввиду, что его мощность должна быть не меньше, чем . Например, если общий ток, потребления схемы 150мА, то мощность резистора R1 сопротивлением 27 Ом должна быть не менее .

Рекомендуется ставить резистор R1 не «впритык» по мощности, а с запасом. Например, в нашем случае — это 1.5 — 2Вт. Греться будет меньше.

Кроме того, заметьте, что резисторы R1 и R2 должны быть рассчитаны на пиковое напряжение не менее 400В: напряжение сети в момент включения полностью подается на R1, в рабочем режиме почти все напряжение сети подается на R2, подключенный параллельно конденсатору C1.

Заключение


Надеюсь, что после прочтения, у читателей появилось понимание, что такое БИП и как оно работает.

Статья получилась несколько длиннее того, что хотелось бы. Но на самом деле тут рассмотрены только азы из азов. Если расписывать дальнейшие модификации БИП — то выйдет, наверное, брошюра или даже книга.

Прошу извинить за некоторые неточности и упрощения, которые, несомненно, бросятся в глаза опытным электронщикам.

Те, кто увидит ошибки или что-то, что стоит исправить и дополнить в разумных пределах — прошу не стесняться и писать в комментарии, на почту [email protected] или на мой
сайт в раздел «Контакты».

Заранее спасибо за отклики.

Схемы сглаживания конденсаторов

и расчеты »Электроника

Накопительные конденсаторы используются для сглаживания необработанной выпрямленной волны в источнике питания — важно выбрать правильный конденсатор с правильным значением и номинальным током пульсаций.


Руководство 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 могут 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, наложенной 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 необходимый ток за счет накопленного заряда.

Таким образом, конденсатор может обеспечивать заряд, когда он недоступен от выпрямителя, и, соответственно, напряжение изменяется значительно меньше, чем если бы конденсатор отсутствовал.

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 таким образом, 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 сглаживанием конденсатора.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. . .

Калькулятор сглаживающих и фильтрующих конденсаторов

Сглаживающий конденсатор снижает остаточную пульсацию ранее выпрямленного напряжения.В этой статье описывается работа сглаживающего конденсатора. В дополнение к формуле расчета вы также найдете практичный онлайн-калькулятор для определения размеров конденсатора.

Общие сведения о сглаживающем конденсаторе

Электросеть Германии подает синусоидальное переменное напряжение с частотой 50 Гц. Однако многие устройства работают от постоянного напряжения. При подключении этих устройств напряжение необходимо заранее выпрямить. Чаще всего схема выпрямителя построена с мостовым выпрямителем, состоящим из четырех диодов.Однако у этой схемы есть большой недостаток: она работает только от нижней полуволны вверх и оставляет пульсирующее постоянное напряжение. Эксперты говорят о с высокой пульсацией .

Сглаживающий конденсатор , также называемый фильтрующим конденсатором или зарядным конденсатором , используется для «сглаживания» этих напряжений. Это ослабляет рябь. Хотя конденсатор не вырабатывает идеального постоянного напряжения, он снижает колебания до уровня, с которым может легко справиться большинство устройств.Оставшаяся пульсация называется напряжением пульсации .

Для напряжения с минимальной остаточной пульсацией , насколько это возможно, конденсатор должен быть подходящего размера. Однако он не может быть бесконечно большим, так как диоды могут быть повреждены. Мы хотим объяснить, как можно подобрать сглаживающий конденсатор и как именно он работает. Наш онлайн-калькулятор конденсатора фильтра помогает определить емкость.

Функция сглаживающего конденсатора

Конденсатор для сглаживания напряжения размещен параллельно нагрузке за схемой выпрямителя.Часто используются два сглаживающих конденсатора меньшего размера вместо одного большого . Здесь конденсатор максимально приближен к схеме выпрямителя, а второй — максимально близко к потребителю. Конденсаторы помогают заполнить пробелы выпрямленного напряжения.

Пока напряжение достигает максимального значения, конденсатор заряжается. Когда он опускается ниже определенного уровня, он разряжается. Однако из-за выпрямительной схемы он не может отправить заряд обратно в источник напряжения, а разряжает его через потребителя.Вот почему пульсации входного напряжения незначительны, когда оно достигает потребителя — конденсатор поддерживает напряжение.

Конденсатор надлежащего размера может сглаживать не только синусоидальное напряжение, но также широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) . Если выбранный конденсатор слишком мал, он не сглаживает напряжение полностью, и остается высокая остаточная пульсация. Это может повлиять на функции потребителей или даже вызвать повреждение. С другой стороны, если конденсатор слишком большой, его большой зарядный ток может вывести из строя диоды для выпрямления или перегрузить кабели.

Полярность на сглаживающем конденсаторе

Полярность важна для многих компонентов технологии постоянного тока, чтобы гарантировать бесперебойную работу. Некоторые устройства просто не будут работать, если они будут подключены с неправильной полярностью, а другие выйдут из строя. «Нормальные» конденсаторы относятся к менее чувствительным компонентам и обычно могут подключаться в обоих направлениях.

Но будьте осторожны: часто используемый электролитический конденсатор , сокращенно Elco, чувствителен к неправильному подключению.Между пластинами имеется оксидный слой, который предназначен только для протекания тока в одном направлении. Если он подключен в перевернутом виде, этот слой растворяется, и конденсатор приобретает низкий импеданс. Даже если он подключен к напряжению, значительно меньшему его диэлектрической прочности, эффект возникает с задержкой по времени. После удаления оксидного слоя ток увеличивается и электролитический конденсатор взрывается!

Конструкция схемы сглаживающего конденсатора

На первой схеме сглаживающий конденсатор находится за полуволновым выпрямлением.

На второй схеме сглаживающий конденсатор расположен за выпрямительным мостом.

Расчет сглаживающего конденсатора — формула

Самая важная формула для расчета сглаживающего конденсатора:

$$ C = I \ cdot \ frac {\ Delta t} {\ Delta U} $$

Формула сглаживающего конденсатора, альтернативно:

$$ I = C \ cdot \ frac {\ Delta U} {\ Delta t} $$

Уточнение:
\ (C \) = емкость конденсатора в мкФ
\ (I \) = ток заряда в мА
\ (\ Delta t \) = полупериод в мс
\ (\ Delta U \) = пульсации напряжения, В

Пояснение — Расчет сглаживающего конденсатора

Потребляемый ток \ (\ mathbf {I} \) схемы можно рассчитать по закону Ома.Высокое потребление тока потребителем значительно увеличивает требуемую емкость конденсатора.

Полупериод \ (\ mathbf {\ Delta t} \) можно рассчитать по частоте напряжения. Формула: \ (\ Delta t = \ frac {1} {2} \ cdot T \). При сетевом напряжении 50 Гц получаем \ (\ frac {1} {2} \ cdot \ frac {1} {50} \) с результатом \ (\ Delta t = 10ms \).

Пульсации напряжения \ (\ mathbf {\ Delta U} \) (факторы при вычислении пульсаций напряжения) — это остаточные пульсации напряжения.Здесь тип потребителя определяет, насколько может упасть напряжение. Чем ниже может упасть пульсационное напряжение, тем больше должны быть размеры сглаживающего конденсатора. Например, при эксплуатации светодиодов не должно быть больших колебаний.

Емкость сглаживающего конденсатора \ (\ mathbf {C} \) — это наш желаемый результат в микрофарадах. Также следует убедиться, что конденсатор рассчитан на соответствующий уровень напряжения. Это можно толковать широко.Конденсатор на 18 В легко работает от цепи 12 В.

Инструмент для вычисления сглаживающих конденсаторов

Калькулятор размера конденсатора, доступный в Интернете, поможет вам рассчитать сглаживающий конденсатор. Просто введите значения, используя формулу, описанную выше, чтобы рассчитать нужный размер.

Калькулятор сглаживающего конденсатора

Пожалуйста, начните расчет

Области применения — Плавное напряжение с конденсатором

При преобразовании конденсаторных цепей всегда требуется осторожность.Из-за накопления заряда в конденсаторе большая часть рабочего напряжения может оставаться в цепи после ее отключения. Хотя он имеет очень низкую емкость по сравнению с батареей, он достаточно замкнут накоротко, чтобы разрушить компоненты.

Вероятно, наиболее широко используемым применением сглаживающих конденсаторов является конструкция источников питания . Независимо от частоты, с которой подается входное напряжение, конденсатор используется для уменьшения остаточного сопротивления после выпрямления.В зависимости от источника питания сглаживающий конденсатор здесь комбинируется с другими цепями.

Преобразователи частоты и другие компоненты с цифровым управлением часто вырабатывают переменное напряжение через широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) . Напряжение периодически включается и выключается через разные промежутки времени. Многие потребители работают с ШИМ как с нормальным напряжением переменного тока. С помощью сглаживающего конденсатора напряжение ШИМ также может быть сглажено, так что мы получаем напряжение постоянного тока с низкой остаточной пульсацией на выходе.

Как рассчитать номиналы конденсаторов для блока питания 5 В постоянного тока

Ответ на этот вопрос зависит от нескольких вещей:

Прежде всего, в дополнение к этим компонентам вам понадобится понижающий трансформатор, чтобы сделать двухполупериодное выпрямленное выходное напряжение вашего мостового выпрямителя достаточно малым. Вы не можете подавать выпрямленные 220 В напрямую на LM7805, потому что LM7805 работает в диапазонах входных напряжений от 7 В до 20 В (и имеет максимальное входное напряжение 35 В).

Если мы предположим, что ваш понижающий трансформатор снижает амплитуду синусоидальной волны 60 Гц с 220 В до 15 В, и если мы предположим, что ваш источник питания 5 В должен будет выдавать ток не более I_max = 1 А, тогда мы можем начать производя некоторые расчеты. Теперь, как и в этой статье в Википедии, ваш резервуарный конденсатор, который вы разместите после мостового выпрямителя, будет иметь V_max = 15 В, что является амплитудой вашей синусоидальной волны. На изображении:

видно, что конденсатор разряжается в течение почти всего периода полуволновой выпрямленной волны (в нашем случае этот разряд вызван током нагрузки I_max = 1 А, идущим в LM7805).Время разряда накопительного конденсатора в случае полуволнового выпрямителя составляет T_discharge = T = (1 / f) = (1/60 Гц) = 16,6 мс, однако обратите внимание, что в нашем случае у нас есть более сложный выпрямитель ( Диодный мост), который дает двухполупериодный выпрямленный выход. Итак, время разряда будет T_discharge = T / 2 = (1/2 * f) = 8,3 мс.

Теперь, в начале каждого периода разряда, наш конденсатор заряжается до V_max = 15 В. Для предотвращения падения напряжения конденсатора ниже V_min = 7 В (что является самой низкой входной рабочей точкой для регулятора напряжения LM7805) в конце периода разряда, емкость конденсатора должна быть выбрана из уравнения:

C> = (I_max * T_discharge) / (V_beforedischarge-V_afterdischarge)

Использование значений; V_beforedischarge = V_max = 15 В и V_afterdischarge = V_min = 7 В и I_max = 1 А и T_discharge = 8.3 мс, мы можем вычислить, что:

C_min = (1 A) * (8,3 мс) / (15 В — 7 В) = 1 мФ. Вы можете видеть, что если вы используете понижающий трансформатор, который снижает входное напряжение 220 В до 20 В вместо 15 В, и если вашему источнику питания потребуется ток не более I_max = 0,5 А, вы можете использовать еще меньшую емкость со значением:

C_min = (0,5 A) * (8,3 мс) / (20 В — 7 В) = 0,32 мФ.

Здесь

вы можете увидеть пример дизайна, в котором используется LM7805, как и вы, и они выбрали значение конденсатора 0.47 мФ, что близко к рассчитанным нами выше значениям.

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 наихудшую нагрузку? Номинальная мощность должна быть больше, чем выходная мощность без нагрузки. Цепи на полевых транзисторах Возможны два сценария: в некоторых приложениях не будет использоваться линейный регулятор напряжения, может потребоваться улучшенная форма плавного регулирования.Конструкция транзистора 0. Так, например, если есть 3 конденсатора, подключенных параллельно, и каждый по 1 нФ, 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. Праймеры и учебное пособие по схемам источников питания: Попытка построить 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 разряда конденсатора ISS уменьшается, 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 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 стоимости 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 пульсаций, 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 линейной регулировкой 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 • сглаживание конденсатора 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 по сравнению с пиковым постоянным напряжением. 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, где 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 пульсация увеличиваться? 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 вычислитель резисторов Последовательный конденсатор; 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. Следует также помнить, 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% в самом крайнем случае. 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 практическое 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 необработанном выпрямленном сигнале, 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 выход 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 источнике питания важно не только значение емкости для обеспечения требуемого снижения пульсаций напряжения, но также очень важно гарантировать, что номинальный ток пульсаций 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 устройствах, где использование линейно регулируемого источника питания было невозможно. Однако, если он подключен к переменному напряжению, 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 резистор-конденсатор определяется как время, необходимое конденсатору, чтобы разрядить 36,8% (для разрядной цепи) своего заряда, или время, необходимое для достижения 63,2% (для схемы зарядки) его заряда. максимальная емкость заряда при отсутствии начального заряда. И вам также не нужна чрезмерная рябь.Ваши расчеты хороши, но если вы используете полный мостовой выпрямитель (я думаю, диодный мост? Увеличьте незанятое пространство до моего диска `C:`? Сглаживающий конденсатор сгорает, пока я пробую двухполупериодный выпрямитель. Для входов, а также для выхода ( Дж, кДж, МДж, Cal, kCal, эВ, кэВ, C, kC, MC и т. Д.).  – ︎ 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. Технические характеристики блока питания Импульсный блок питания Больше… Цепи питания Если мы теперь запустим схему симулятора Partsim с разными значениями установленного сглаживающего конденсатора, мы сможем увидеть эффект, который он оказывает 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 обеспечит 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 для 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 за счет увеличения 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 образом, 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 много математических и технических деталей период времени! Следующие этапы сглаживания конденсаторов широко используются маркировка 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 сглаживает 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 â € is 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 математики много! 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 ,. 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! 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 рассчитывает 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! Регулятор напряжения не просто равен току питания, t также является частью напряжения.

Arcadetown Feudalism 2, г. Лучшие летучие мыши Усса когда-либо, Стоимость обслуживания Kia 60 000 миль, Баклажан 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,

Выбор конденсатора? Пульсирующий ток имеет такое же значение, как Farads

Дерик Стивенс, KEMET Corporation

Выбор конденсаторов для развязки и фильтрации в силовых цепях может показаться основной задачей для разработчиков электроники.Однако правильное решение может существенно повлиять на надежность и долговечность, но осложняется тем фактом, что параметры имеют тенденцию меняться в зависимости от таких факторов, как температура и рабочая частота. Надлежащее внимание следует уделять выбору конденсатора, используя технические ресурсы, которые теперь более широко доступны в Интернете, чтобы упростить и ускорить процесс.

Максимальный ток пульсации конденсатора

В схемах преобразования энергии, таких как источники питания переменного / постоянного тока, преобразователи постоянного / постоянного тока и даже звенья постоянного тока, необходимы емкостные фильтры для противодействия колебаниям, вызывающим нестабильность.Успех обычно проявляется в отсутствии шума в выходной мощности постоянного тока и отсутствии помех, передаваемых в соседние схемы.

Рассматриваемые колебания накладываются на идеальные, стабильные формы сигнала. Помехи могут возникать из множества источников. Одним из распространенных источников шума является выпрямление переменного тока; на результирующий выход постоянного тока выпрямителя обычно накладывается некоторое количество исходного переменного тока. Коммутационные регуляторы всех типов создают определенную пульсацию при выполнении своей основной функции.Хороший дизайн обычно старается максимально уменьшить эту рябь, но полностью устранить ее невозможно. Как правило, конденсаторы размещаются в цепи для постоянного поглощения и разряда энергии, связанной с этими колебаниями, и, таким образом, минимизации пиков и провалов.

В результате этого действия конденсатор постоянно пропускает переменный ток. Этот ток называется пульсацией. Хотя ток пульсаций является неизбежным результатом выполнения конденсатором своей требуемой задачи, он вызывает нежелательный нагрев I2R, поскольку он проходит через эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), связанное с любым конденсатором.Если эффекты I2R превышают способность конденсатора рассеивать тепло, его температура может повыситься и, следовательно, отрицательно повлиять на надежность. По крайней мере, на срок службы компонента может повлиять закон Аррениуса, который гласит, что срок службы уменьшается вдвое на каждые 10 ° C повышения рабочей температуры. Более сильный нагрев, превышающий указанную максимальную температуру, может разрушить конденсатор, вызывая высыхание или кипение жидкого электролита, растрескивание керамических конденсаторов или возгорание.Радиатор можно использовать для ограничения повышения температуры, если это позволяют габариты и вес. С другой стороны, расчет тока пульсаций и понимание свойств подходящих конденсаторов может помочь в достижении наиболее компактного и экономичного решения.

В техническом описании конденсатора указан номинальный ток пульсации, который в общих чертах описывает максимальную пульсацию, которую может выдержать устройство. Это можно использовать в качестве руководства при том понимании, что оно оценивается в контролируемых условиях.Они определены в таких стандартах, как EIA-809 или EIA / IS-535-BAAE, хотя в этих документах есть некоторая двусмысленность. Чтобы помочь инженерам понять проблемы, связанные с пульсациями тока, компания KEMET опубликовала в своей онлайн-технической библиотеке (ec.kemet.com) статью под названием Ripple Current Confusion, в которой подробно описаны эти стандарты и их применимость. Расхождения в измерениях допустимого пульсирующего тока не позволяют легко провести прямое сравнение между пульсирующим током конденсаторов различных производителей.Тем не менее, данные из технических данных полезны для сравнения продуктов одного производителя.

Расчет пульсаций напряжения и тока

Чтобы выбрать правильный конденсатор для входного фильтра импульсного регулятора, например, можно рассчитать емкость, необходимую для достижения желаемой пульсации напряжения, если известны рабочие условия регулятора. При вычислении емкости можно идентифицировать компонент-кандидат и определить ток пульсации на основе известного ESR.Этот пульсирующий ток должен быть в пределах способности конденсатора выдерживать пульсирующий ток, если устройство должно быть пригодным для использования. Здесь выбор может стать трудным, поскольку известно, что как ESR, так и емкость зависят от температуры, рабочей частоты и приложенного смещения постоянного тока.

Емкость можно рассчитать по формуле (из отчета TI Application Report SLTA055)

Где CMIN = минимальная требуемая емкость

IOUT = выходной ток

dc = рабочий цикл (обычно рассчитывается как dc = Vout / (Vin * Eff))

fSW = частота коммутации

VP (макс.) = Размах пульсаций напряжения

Предположим, например, регулятор с входом 12 В; Выход 5в; 2-амперный выход; КПД 85%; Переключение 400 кГц и допустимое напряжение пульсации на входе 65 мВ:

Обратите внимание, что выбранное устройство должно обеспечивать это значение емкости при рабочей частоте регулятора 400 кГц.

Среднеквадратичное значение напряжения пульсаций от пика к пику можно рассчитать по формуле:

Vrms = Vpp * 1 / (2 * √2)

Ток пульсаций в конденсаторе можно рассчитать, применив закон Ома, если известно ESR конденсатора.

Предупреждение

Здесь необходимо учитывать изменчивость свойств конденсатора в зависимости от условий эксплуатации. Большинство инженеров понимают проблемы температурной стабильности диэлектриков класса II / III.Меньше всего понимают величину потери емкости из-за рабочей частоты и приложенного напряжения.

Напомним, что 19,22 мкФ, как было рассчитано ранее, — это емкость, необходимая при рабочей частоте регулятора 400 кГц. На этой частоте также должно быть известно ESR, чтобы рассчитать ток пульсаций.

Если выбран конденсатор с номинальной емкостью 22 мкФ и номинальным напряжением 16 В, как ближайшее стандартное значение выше 19,22 мкФ, фактическая емкость этого устройства будет равна 5.951 мкФ при 400 кГц, как показано на рисунке 1, а ESR составляет 3,328 мОм. Результирующие пульсации напряжения и тока можно рассчитать как 210 мВпик-пик / 74,23 мВ среднеквадр. И 22,3 А соответственно. Они значительно превышают целевое напряжение пульсаций и максимально допустимый ток пульсаций для конденсатора.

Рисунок 1. Потери емкости в зависимости от частоты.

Стоимость моделирования

Каждый производитель компонентов класса II будет рекомендовать моделировать поведение компонентов с учетом напряжения, температуры и частоты приложения.Онлайн-симулятор электрических параметров K-SIM компании KEMET позволяет инженерам оценивать характеристики конденсаторов в различных условиях эксплуатации. он доступен в инженерном центре KEMET вместе с калькулятором пульсаций напряжения, упомянутым ранее, и другими инструментами и вспомогательной информацией, включая технические примечания и руководства по применению.

Используя K-SIM, инженеры могут быстро проанализировать один или несколько конденсаторов, которые могут подходить для приложения, над которым они работают. Среди различных функций K-SIM может отображать импеданс и ESR или емкость и напряжение в зависимости от рабочей частоты, а также прогнозировать повышение температуры в зависимости от тока и частоты пульсаций.Курсор на экране помогает обеспечить точное измерение. K-Sim также позволяет оценивать S-параметры конденсатора и получать модели SPICE и файлы STEP для интересующих компонентов.

С помощью этого инструмента был идентифицирован конденсатор X5R емкостью 47 мкФ, с тем же размером корпуса и номинальным напряжением, что и устройство 22 мкФ / 16 В, выбранное ранее. Значение емкости составляет 19,9 мкФ при 400 кГц под приложенным смещением постоянного тока и, таким образом, ограничивает размах пульсаций напряжения до 63 мВ. Следовательно, Vrms = 22,27 мВ. ESR этого конденсатора составляет 3.246 мОм при 400 кГц, предполагая, что ток пульсаций составляет 6,86 А, что ниже максимального значения для устройства.

Заключение

Проблема пульсаций тока может быть сложной задачей для анализа и точного прогнозирования в ожидаемых условиях работы схемы. При отсутствии контроля нагрев, вызванный токами пульсаций, может отрицательно сказаться на сроке службы конденсатора. Тем не менее, правильная оценка пульсаций напряжения и тока жизненно важна, чтобы гарантировать, что силовая цепь, такая как импульсный стабилизатор, будет обеспечивать требуемые характеристики в течение предполагаемого срока службы.Онлайн-инструменты и информация предоставляют ценную помощь в вычислении необходимой емкости и ускорении выбора компонентов.

Пульсации напряжения — обзор

Выбор резервуарного конденсатора и трансформатора

Если мы спроектировали наш источник питания так, чтобы пульсации напряжения составляли 5% от напряжения питания, то в 90% случаев трансформатор отключен, а выходное сопротивление Мощность источника питания определяется исключительно ESR конденсатора и соответствующим сопротивлением выходной проводки.Вот почему замена емкостных конденсаторов общего назначения на типы с высокой пульсацией тока оказывает заметное влияние на звучание усилителя; у них более низкое СОЭ (но более высокая цена).

Комбинация трансформатор / выпрямитель / конденсатор представляет собой нелинейную систему. Это делает его поведение значительно более сложным, чем у идеального источника Тевенина, поэтому нам необходимо исследовать его в разные периоды времени.

В краткосрочной перспективе (менее одного цикла зарядки) выходное сопротивление источника питания равно ESR конденсатора плюс сопротивление проводки.Это будет справедливо даже для очень высоких требований к переходным процессам тока, которые могут возникать в каждом цикле зарядки, при условии, что они не истощают значительно заряд конденсатора. Все, что требуется, это то, что конденсатор должен обеспечивать эти переходные токи. Для этого конденсатору необходимо низкое ESR не только на частотах сети, но и до не менее 40 кГц, потому что выходной каскад мощности класса B вызывает выпрямленную (и, следовательно, удвоенную частоту) версию аудиосигнала. появиться на шинах питания.(См. Главу 6 для объяснения класса B.) Мы можем справиться с этим требованием, используя в качестве основного резервуара электролитический конденсатор, предназначенный для использования в импульсных источниках питания.

Усилитель мощности может значительно истощить заряд в накопительном конденсаторе, вызывая падение выходного напряжения либо из-за постоянного высокого тока, из-за непрерывного теста синусоидальной волны на полной мощности, либо из-за воспроизведения короткого, но громкого звука — например, большой барабан.

Обеспечить постоянную нагрузку относительно легко, потому что мы точно знаем, какой ток будет потребляться, и просто проектируем его для этого тока.Если пульсирующее напряжение для разумного пульсирующего тока выше, чем хотелось бы, мы просто добавляем регулятор, чтобы его убрать.

Трудности начинаются, когда мы хотим обеспечить меняющуюся нагрузку. Может показаться, что если усилитель мощности рассчитан на 50 Вт при непрерывной нагрузке на 8 Ом, то все, что нам нужно сделать, это вычислить, какой ток нагрузки это подразумевает, и спроектировать для этого тока. Недостатки этого подхода легче продемонстрировать с помощью транзисторного усилителя, где нагрузка напрямую подключена к выходному каскаду, а источник питания очень прост (см. Рисунок 5.14).

Рисунок 5.14. Типовой блок питания для транзисторного усилителя.

Рассматривая наш пример 50 Вт 8 Ом:

P = I2R

Следовательно, для синусоидальной волны:

IRMS = PR = 508 = 2,5 A

Но мы должны подать пиковый ток , который равен √ На 2 больше, на 3,5 A:

VRMS = PR = 50 × 8 = 20 В

Но мы должны подать пиковое напряжение , которое на √2 больше, при 28,3 В. Транзисторные усилители обычно могут качаться с точностью до вольт шины, поэтому мы могли бы просто терпеть шины ± 29 В и источник питания, способный выдавать ± 29 В при напряжении 3.Подразумевается 5 А. Следовательно, нам нужно 203 Вт на канал и 406 Вт для стереоусилителя на 50 Вт! Это очень большой и дорогой блок питания, и нам понадобятся удивительно веские причины для его использования.

Ключ к проблеме кроется в классе выходного каскада. Если выходной каскад работает в классе A, то ток покоя равен пиковому току, необходимому при максимальной выходной мощности, в данном случае 3,5 А. Если каждый канал действительно потребляет постоянную 3,5 А от источника питания ± 29 В, тогда мы действительно нужен блок питания на 406 Вт.Классический стереоусилитель Krell KSA50 50 Вт потреблял 300 Вт от сети в режиме ожидания [5], что говорит о том, что это не совсем соответствует классу A, но, безусловно, намного ближе, чем большинство претендентов на класс A.

Емкость резервуарного конденсатора легко определить, используя нашу предыдущую формулу и критерий пульсации напряжения 5%, но трансформатор — это совсем другое дело. Можно точно определить требования к трансформатору, используя графики, первоначально разработанные Шаде [6]. На практике необходимая информация о трансформаторе может быть недоступна, поэтому практическое правило состоит в том, чтобы сделать номинальную мощность трансформатора в ВА, по крайней мере, равной требуемой выходной мощности.

Если в нашем примере выходной каскад стереофонического усилителя мощностью 50 Вт становится классом B, то каждый канал по-прежнему подает 3,5 А на нагрузку на пиках синусоидальной волны, но в других точках цикла требуемый ток от источника питания намного ниже . Эффект накопительного конденсатора заключается в усреднении изменяющегося потребления тока, и для двухполупериодной выпрямленной синусоидальной волны:

Iср. = 2π · Ipeak = 0,637 Ipeak

Средний ток питания составляет 2,2 А, поэтому трансформатор 250 ВА будет быть выбранным.

Мы могли бы также утверждать, что усилитель не работает на полную мощность все время и что краткосрочные музыкальные пики, требующие максимальной выходной мощности, не продолжаются долго. Следовательно, можно использовать трансформатор меньшего размера, поскольку накопительный конденсатор может обеспечивать пиковые токи. Это очень соблазнительный аргумент, и он убедил многих производителей коммерческих усилителей, так как дополнительный фунт на стоимость компонентов обычно добавляет 4–5 фунтов стерлингов к розничной цене.

Нам не нужно работать с такими жесткими коммерческими соображениями, и в разумных пределах, чем больше сетевой трансформатор, тем он лучше.

% PDF-1.6 % 2005 0 объект > эндобдж xref 2005 88 0000000016 00000 н. 0000002774 00000 н. 0000002915 00000 н. 0000003101 00000 п. 0000003153 00000 п. 0000004122 00000 н. 0000004288 00000 п. 0000004459 00000 п. 0000004634 00000 н. 0000004687 00000 н. 0000004740 00000 н. 0000004964 00000 н. 0000005434 00000 н. 0000005663 00000 п. 0000005923 00000 н. 0000006164 00000 п. 0000006188 00000 п. 0000008457 00000 н. 0000010241 00000 п. 0000012051 00000 н. 0000012179 00000 п. 0000012486 00000 п. 0000012515 00000 п. 0000014050 00000 п. 0000016077 00000 п. 0000017937 00000 п. 0000018076 00000 п. 0000018105 00000 п. 0000018836 00000 п. 0000020574 00000 п. 0000020789 00000 п. 0000021002 00000 п. 0000021219 00000 п. 0000021434 00000 п. 0000021649 00000 п. 0000021860 00000 п. 0000022075 00000 п. 0000022291 00000 п. 0000022539 00000 п. 0000022749 00000 п. 0000022993 00000 п. 0000023208 00000 п. 0000023451 00000 п. 0000023664 00000 п. 0000025591 00000 п. 0000025663 00000 п. 0000129650 00000 н. 0000129893 00000 н. 0000130279 00000 н. 0000130437 00000 п. 0000130509 00000 н. 0000267236 00000 н. 0000267480 00000 н. 0000267649 00000 н. 0000267853 00000 н. 0000268076 00000 н. 0000268283 00000 н. 0000268506 00000 н. 0000268712 00000 н. 0000268918 00000 н. 0000269124 00000 н. 0000269779 00000 н. 0000269983 00000 н. 0000270205 00000 н. 0000270411 00000 н. 0000270615 00000 н. 0000270818 00000 п. 0000284712 00000 н. 0000284916 00000 н. 0000285121 00000 н. 0000285367 00000 н. 0000285685 00000 н. 0000286036 00000 н. 0000289898 00000 н. 00002 00000 п. 00002

00000 н. 0000290525 00000 н. 0000290741 00000 н. 0000290944 00000 н. 0000291154 00000 н. 0000291357 00000 н. 0000291568 00000 н. 0000291774 00000 н. 0000291990 00000 н. 0000292190 00000 н.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *