パワーフィルター

さまざまな電子デバイスには、DC デバイスに電力を供給するための電圧源が必要です。出力電圧 整流器 脈動する外観を持っています。ここでは、電圧の平均または DC 成分と、リップル電圧または出力電圧のリップルと呼ばれる変動成分を選択できます。

したがって、リップルは出力電圧の瞬時値の平均値からの偏差を決定し、正にも負にもなり得ます。電圧は、波の周波数と振幅という 2 つの要素によって特徴付けられます。整流器では、リップル周波数は入力電圧の周波数と同じ（半波整流器の場合）、または 2 倍（全波整流器の場合）になります。

半波整流器では、出力電圧を得るために入力電圧の 1 つの半波のみが使用され、出力電圧は入力電圧の周波数に従う単方向半波の形式になります。

全波整流器 (ゼロ点整流器とブリッジ整流器の両方) では、出力電圧の半波は入力電圧の各半波によって形成されます。したがって、ここでの波の周波数はそれの2倍になります ネットワーク周波数... ネットワーク内の電流の周波数が 50 Hz の場合、半波整流器の波の周波数は同じになり、全波整流器では 100 Hz になります。

そのためには、整流器の出力電圧リップルの振幅を知る必要があります。中電圧成分を放出する整流器の出力に取り付けられたフィルターの効率を決定します。この振幅は通常、リップル率 (Erms) によって特徴付けられます。リップル率は、出力電圧の変動成分の実効値とその平均値 (Edc) の比として定義されます。

r = エルムス/Edc

リップル率が低いほど、フィルタの効率は高くなります。パーセンテージで表されるリップル係数も実際によく使用されます。

(Erms /Edc)x100%。

ローパスフィルターは電源によく使用されます。これらのフィルターは、周波数がフィルターのカットオフ周波数よりも低い信号をほとんど減衰または減衰させることなく入力から出力に通過させ、それより高い周波数はすべてフィルターの出力に実質的に送信されません。

フィルタは実行可能です 抵抗器, インダクタ と コンデンサ… 電源でのフィルタの使用は、整流器の出力電圧リップルを平滑化し、電圧の DC 成分を分離することを目的としています。

電源装置に使用されるフィルタは、主に次の 2 種類に分類されます。

• 容量性入力を備えたフィルター、

• 誘導入力フィルター。

フィルタ要素を含めるさまざまな組み合わせが使用され、さまざまな名前が付けられます（U 字型フィルタ、L 字型フィルタなど）。メイン フィルタのタイプは、整流器の出力に直接取り付けられたフィルタ エレメントによって決まります。

図では。図 1a と 1b は、フィルターの主なタイプを示しています。最初のものでは、フィルタ コンデンサが整流器の出力に接続され、負荷を分路します。フィルタ コンデンサを通じて、整流器の AC 成分の主要部分が閉じられます。 2 つ目では、フィルタ チョークが整流器の出力に接続され、負荷と直列回路を形成し、この直列回路内の電流の変化を防ぎます。

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容量性入力フィルタは、誘導性入力フィルタよりも高い出力電圧レベルを提供し、誘導性入力フィルタは電圧リップルをより効果的に低減します。したがって、より高い電源電圧が必要な場合は容量性入力フィルタを使用し、より優れた DC 出力品質が必要な場合は誘導性入力フィルタを使用することをお勧めします。

容量性入力フィルタ

複雑なフィルタの動作を考える前に、図に示す最も単純な容量性フィルタの動作を理解する必要があります。 2a.ディスプレイ上のフィルタなしの整流器の出力電圧を図に示します。 2b、およびフィルターの存在下 - 図。 2c.フィルタコンデンサが存在しない場合、R1の電圧は脈動特性を持ちます。この電圧の平均値が整流器の出力電圧となります。

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フィルタコンデンサが存在すると、電流の交流成分の主要部分がコンデンサを介して閉じられ、負荷R1をバイパスします...出力電圧の最初の半波の出現により フィルタコンデンサが充電を開始します ケースに対してプラスの場合、その電圧は整流器の出力電圧に従って変化し、半サイクルの半分の終わりにその最大値に達します。

さらに、変圧器の二次電圧が低下し、コンデンサが R1 を介して放電し始め、負荷の正の電圧と電流がフィルタなしの場合よりも高いレベルに維持されます。

コンデンサが完全に放電する前に、2 番目の正の電圧半波が発生し、コンデンサが再び最大値まで充電されます。二次巻線電圧が低下し始めるとすぐに、コンデンサは再び負荷への放電を開始します。将来的には、コンデンサの充電と放電のサイクルが半サイクルごとに交互に行われるようになり、

コンデンサの充電電流は、この半サイクルに対応する変圧器の二次巻線と一対の整流ダイオードを通って流れ、コンデンサの放電電流は負荷 R1 を介して閉じられます。ネットワーク周波数は R1 に比べて小さいです。したがって、電流の変動成分は主にフィルタコンデンサを流れ、実際にはR1を流れます。 DC.

誘導入力フィルタ

誘導入力フィルターまたは L 字型 LC フィルターを検討してください。整流器への組み込みと出力電圧波形を図 3 に示します。

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シリアル接続 フィルターチョーク (L) 負荷付きでは、回路内の電流変化が抑制されます。この場合の出力電圧は、負荷とフィルタコンデンサの並列接続によって形成されるインピーダンスとチョークが直列接続を形成するため、容量性入力フィルタの場合よりも低くなります。このような接続により、フィルタの入力に作用する電圧波形が良好に平滑化され、定出力電圧の品質が向上しますが、その値は低下します。

整流器出力電圧の AC 成分はチョーク インダクタンスからほぼ完全に分離されており、中間成分は電源出力電圧です。チョークの存在は、容量性フィルターを備えた整流器とは異なり、ここでの整流器ダイオードの導通状態の持続時間が周期の半分に等しいという事実につながります。

チョークリアクタンス（L）は、整流器の出力電圧が負荷電圧より高い場合のチョーク電流の増加を防ぎ、整流器の出力電圧が低い場合の電流の減少を防ぐため、リップル電圧の値を低減します。したがって、動作期間中の負荷に流れる電流はほぼ一定であり、波形の電圧は負荷電流に依存しません。

マルチセクション誘導容量フィルター

出力電圧のフィルタリング品質は、複数のフィルタを直列に接続することによって改善できます。図では。図４は、２段ＬＣフィルタを示し、共通点に対するフィルタ上の異なる点における電圧波形を大まかに示している。

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ここでは 2 つの直列接続された LC フィルターが示されていますが、接続数は増やすことができます。接続数の増加はリップルの減少につながります（出力電圧のリップルを最小限に抑える必要がある場合には、多くの接続を備えたフィルタが正確に使用されます）が、そのようなフィルタを備えたスタビライザの安定性が低下します。また、接続数が増えると電源と直列に接続される抵抗が増加し、負荷電流の変化に伴う出力電圧の変化が大きくなります。

U字型フィルター

図では。図５は、Ｕ字型フィルタを示す。このフィルタは、そのグラフィック表示が文字Ｐに似ていることからそう呼ばれる。これは、容量性ＬＣフィルタとＬ字型ＬＣフィルタとを組み合わせたものである。

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フィルタの出力に接続される抵抗 R は、ほとんどの場合、電源に存在し、オプションです。 負荷抵抗…その目的は 2 つあります。

まず、主電源電圧が遮断されたときにコンデンサに放電経路を提供し、サービス担当者が感電する可能性を防ぎます。

第二に、外部負荷がオフになっている場合でも電源に追加の負荷が与えられるため、出力電圧レベルが安定します。この抵抗は素子としても使用できます 抵抗分圧器 追加の出力用。

U 字型フィルタは、コンデンサ入力を L 字型接続で補ったフィルタです。主なフィルタリング動作はコンデンサ C1 によって実行され、コンデンサ C1 は導通ダイオードを通じて充電され、L と R を通じて放電されます。容量性入力を備えた従来のフィルタと同様、コンデンサの充電時間は放電時間よりも大幅に短くなります。 。

チョーク L は、コンデンサ C2 を流れる電流のリップルを平滑化し、追加のフィルタリングを提供します。コンデンサ C2 の両端の電圧が出力電圧です。従来の容量性フィルタを給電した場合に比べて値は若干小さくなりますが、出力電圧のリップルは大幅に低減されます。

コンデンサ C1 が整流器の導通ダイオードを通じて入力 AC 電圧の振幅の値まで充電され、その後 R を通じて放電されると仮定しても、コンデンサ C2 の電圧は C1 の電​​圧よりも低くなります。負荷電流の変化を防ぐチョーク L は、コンデンサ C1 の放電回路内にあり、C2 および R とともに分圧器を形成します。

コンデンサ C1 と C2 の充電電流は、変圧器の二次巻線と整流器の導通ダイオードを通過します。また、C2 が充電されると、この電流はチョーク L を流れます。コンデンサ C1 は直列接続された L と R を介して放電し、C2 は抵抗 R を介してのみ放電します。入力コンデンサ C1 の放電速度は抵抗の値に依存します。 R.

コンデンサの放電時定数は R 値に正比例します。R 値が高い場合、コンデンサは少し放電し、出力電圧は高くなります。Rの値が低いと、Rの減少はコンデンサの放電電流の増加を意味するため、放電速度が増加し、出力電圧が減少します。したがって、コンデンサの放電時定数が低いほど、出力電圧の平均値は低くなります。

U字型C-RCフィルター

U 字型 C-RB C フィルタで説明したフィルタとは異なり、図に示すように、チョークの代わりに抵抗 R が 2 つのコンデンサの間に接続されています。 6.

主な違いとフィルターの性能は、チョーク応答と AC 抵抗の違いによって決まります。前のケースでは、インダクタ L とコンデンサ C2 のリアクタンスは、それらによって形成される分圧器が出力電圧の比較的良好な平滑化を提供するようなものです。

図では。図６は、Ｒ１を通る整流された電流のＤＣ電流成分とＡＣ電流成分の両方を示す。 DC 成分による R1 両端の電圧降下により、出力電圧は減少し、電流が大きくなるほど、この電圧降下も大きくなります。したがって、C-RC フィルタは低負荷電流でのみ使用できます。誘導性容量性フィルターの場合と同様に、フィルター回路のマルチレベル接続を使用することが可能です。

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いずれの場合でもフィルタを選択することは簡単な問題ではありませんが、いずれの場合でも、フィルタが電源の正しい動作を大きく決定するという事実のため、フィルタの目的と動作原理を理解する必要があります。