Пассивные сглаживающие фильтры

Строится на индуктивностях, емкостях, сочетаниях активных сопротивлений и емкостей.

12.1.1 L-фильтры

Простейший пассивный фильтр: L-фильтр.

Для него справедливы следующие соотношения:

(12.6)

(12.7)

(12.8)

(12.9)

12.2.1 С-фильтр

Рисунок 12.1

Для него справедливы следующие соотношения:

(12.10)

(12.11)

(12.12)

(12.13)

Из формулы (12.13) следует, что С-фильтр эффективен в выпрямителях с малым количеством m импульсов за период выпрямленного напряжения и в устройствах с малым током нагрузки, т.о. область применения С-фильтра противоположна применению L-фильтра.

При необходимости достижения повышенного коэффициента сглаживания, применяют LC-фильтры.

12.1.3 LС-фильтры.

LC-фильтры могут быть:

- однозвенные;

- Г-образные;

- П-образные;

- многозвенные;

Рисунок 12.2

Для Г-образных фильтров:

(12.14)

В данном случае, в отличие от случая использования L- или C-фильтров по заданному коэффициенту сглаживания непосредственно рассчитать необходимые значения L и C, пользуясь формулой для не удаётся, но может быть определено следующее:

(12.15)

П-образные LC-фильтры можно рассматривать как последовательность включения простого С-фильтра и Г-образного LC-фильтра.

(12.16)

Для многозвенного LC-фильтра:

(12.17)

В теории фильтров показано, что если зафиксировано дозволенное значение суммарной индуктивности и суммарной емкости фильтра, то максимальное значение коэффициента сглаживания в многозвенном фильтре достигается при одинаковых индуктивностях и емкостях в каждом звене.

Количество звеньев многозвенных фильтров выбирается исходя из критерия оптимальности. Фильтры с минимальной стоимостью содержат иное количество звеньев, чем фильтры с минимальными массой и габаритами.

Коэффициент сглаживания можно повысить, используя резонансное явление и основанный на нем LC-фильтр.

12.1.4 Резонансные LС-фильтры.

Рисунок 12.3

(12.18)

(12.19)

(12.20)

, (12.21)

где

Возможна схема с использованием последовательного резонанса (рисунок 12.4).

Рисунок 12.4

(12.22)

(12.23)

Использование резонансных LC-фильтров позволяет в 2-3 раза увеличить коэффициент сглаживания против LC-фильтров со сравнительными затратами.

Однако резонансные фильтры сложны в настройке и могут расстроится из-за старения элементов, за счет изменения тока I подмагничивания дросселя.

С использованием реактивностей могут быть построены и фильтры с компенсацией переменной составляющей.

Недостатки: значительные масса и габариты, обусловленные в основном конструктивными особенностями L (дросселя). Поэтому в маломощных выпрямителях со слабым током нагрузки широко применяются RC-фильтры.

12.1.5 RC сглаживающие фильтры.

а) б)

Рисунок 12.5

(12.24)

RC-фильтры в своем схемном очертании и аналитическом описании во многом подобны соответствующим LC-фильтрам.

Достоинства:

-простота;

-малые габариты.

Недостаток: невозможность использования в цепях с большими токами из-за недопустимых падений напряжения на сопротивлении фильтра, действующих при больших токах нагрузки .

Общий недостаток LC- и RC-фильтров является трудность получения больших коэффициентов сглаживания.

Значительный коэффициент сглаживания обеспечивают активные сглаживающие фильтры.