Mạch chỉnh lưu cầu có tụ lọc : Trong nguồn điện, cho dù đó là nguồn điện tuyến tính hay nguồn điện chế độ chuyển mạch sử dụng nguồn điện xoay chiều và bộ chỉnh lưu diode, đầu ra chỉnh lưu thông thường được làm mịn bằng tụ điện trước khi được cung cấp cho bất kỳ bộ điều chỉnh hoặc mạch điện tử tương tự nào khác.
Tải Full Sách Điện Tử Cơ Bản
Tụ điện nhôm là loại tụ điện lý tưởng để hoạt động như các tụ điện làm mịn vì nhiều chất điện phân có thể cung cấp điện dung đủ cao và chịu được mức độ dòng điện gợn cần thiết để làm mịn dạng sóng.
Về cơ bản, Mạch chỉnh lưu cầu có tụ lọc lấp đầy các điểm lõm chính trong dạng sóng được chỉnh lưu thô để mạch cung cấp năng lượng của bộ điều chỉnh tuyến tính hoặc chế độ chuyển mạch có thể hoạt động chính xác. Chúng thay đổi dạng sóng từ dạng thay đổi từ 0 đến điện áp đỉnh trong suốt chu kỳ của dạng sóng công suất tới và thay đổi nó thành dạng mà có các thay đổi ít hơn rất nhiều. Về cơ bản, chúng làm mịn dạng sóng.
Vì các tụ điện làm mịn được sử dụng trong cả nguồn điện điều chỉnh tuyến tính và nguồn điện chế độ chuyển mạch, chúng tạo thành một phần thiết yếu của nhiều mạch điện tử này.
Tụ điện làm mịn
Tụ điện làm mịn được sử dụng cho hầu hết các loại nguồn điện, cho dù nguồn điện được điều chỉnh tuyến tính, nguồn cung cấp ở chế độ chuyển mạch, hoặc thậm chí chỉ là dạng nguồn cung cấp điện được làm mịn và không được điều chỉnh.
DC thô do bộ chỉnh lưu diode cung cấp sẽ bao gồm một chuỗi các nửa sóng sin với điện áp thay đổi từ 0 đến √2 lần điện áp RMS (bỏ qua tổn thất).
Dạng sóng có tính chất này sẽ không có ích cho việc cấp nguồn cho các mạch bởi vì bất kỳ mạch tương tự nào cũng có mức độ gợn rất lớn chồng lên đầu ra và bất kỳ mạch kỹ thuật số nào sẽ không hoạt động vì nguồn điện sẽ bị ngắt sau mỗi nửa chu kỳ.
Việc làm mịn cho phép các giai đoạn sau của nguồn điện được điều chỉnh tuyến tính hoặc nguồn cung cấp chế độ chuyển mạch hoạt động chính xác.
Để làm mịn đầu ra của bộ chỉnh lưu, người ta sử dụng một tụ điện lưu trữ – đặt trên đầu ra của bộ chỉnh lưu và song song với tải.
Việc làm mịn hoạt động do tụ điện tích điện khi điện áp từ bộ chỉnh lưu tăng lên trên điện áp của tụ điện và sau đó khi điện áp bộ chỉnh lưu giảm xuống, tụ điện cung cấp dòng điện cần thiết từ điện tích tích trữ của nó.
Bằng cách này, tụ điện có thể cung cấp điện tích khi nó không có sẵn từ bộ chỉnh lưu, và do đó điện áp thay đổi ít hơn đáng kể so với khi không có tụ điện.
Việc làm mịn sẽ không cung cấp sự ổn định điện áp tổng, sẽ luôn có một số thay đổi trong điện áp. Trong thực tế, giá trị của tụ điện càng cao thì độ làm mịn càng lớn và dòng điện đầu ra càng ít thì độ làm mịn càng tốt.
Cần nhớ đường phóng điện duy nhất cho tụ điện, ngoài rò rỉ bên trong là thông qua tải đến hệ thống chỉnh lưu / làm mịn. Các điốt ngăn chặn dòng ngược qua máy biến áp, v.v.
Một điểm cần nhớ nữa, đó là việc làm mịn không đưa ra bất kỳ hình thức điều chỉnh nào và điện áp sẽ thay đổi tùy theo tải và bất kỳ xảy ra tại đầu vào.
Điều chỉnh điện áp có thể được cung cấp bởi bộ điều chỉnh tuyến tính hoặc bộ nguồn chế độ chuyển mạch.
Tính toán giá trị tụ làm mịn
Việc lựa chọn giá trị tụ điện cần đáp ứng một số yêu cầu. Trong trường hợp đầu tiên, giá trị phải được chọn sao cho hằng số thời gian của nó dài hơn rất nhiều so với khoảng thời gian giữa các cực đại liên tiếp của dạng sóng được chỉnh lưu:
Trong đó:
R tải = điện trở tổng của tải đối với nguồn cung cấp
C = giá trị của tụ điện trong Farads
f = tần số gợn – đây sẽ là hai lần tần số mà bộ chỉnh lưu toàn sóng được sử dụng.
Làm mịn điện áp gợn của tụ điện – Mạch chỉnh lưu cầu có tụ lọc
Vì sẽ luôn có một số gợn trên đầu ra của bộ chỉnh lưu khi sử dụng tụ điện để làm mịn, nên cần phải ước tính giá trị gần đúng. Việc chỉ định quá nhiều tụ điện sẽ làm tăng thêm chi phí, kích thước và trọng lượng – chỉ định quá mức sẽ dẫn đến hiệu suất kém.
Sơ đồ trên cho thấy gợn sóng đối với một bộ chỉnh lưu toàn sóng có làm mịn tụ điện. Nếu sử dụng bộ chỉnh lưu nửa sóng, thì một nửa đỉnh sẽ bị thiếu và gợn sẽ xấp xỉ hai lần điện áp.
Đối với trường hợp gợn nhỏ so với điện áp cung cấp – hầu như luôn luôn như vậy – có thể tính độ gợn từ kiến thức về các điều kiện của mạch:
Chỉnh lưu toàn sóng
Bộ chỉnh lưu nửa sóng
Các phương trình này cung cấp nhiều hơn độ chính xác. Mặc dù sự phóng điện của tụ điện đối với tải thuần trở là cấp số nhân, nhưng độ chính xác không chính xác được đưa ra bởi phép gần đúng tuyến tính là rất nhỏ đối với các giá trị gợn sóng thấp.
Cũng cần nhớ rằng đầu vào của bộ điều chỉnh điện áp không phải là tải thuần trở mà là tải dòng điện không đổi. Cuối cùng, dung sai của các tụ điện được sử dụng cho các mạch chỉnh lưu là lớn nhất – tối đa là ± 20%, và điều này sẽ khắc phục được sự không chính xác nào được đưa ra bởi các giả định trong phương trình.
Dòng điện Ripple hay dòng điện đỉnh
Hai trong số các thông số kỹ thuật chính của tụ điện là điện dung và điện áp làm việc của nó. Tuy nhiên, đối với các ứng dụng nơi có thể có mức dòng điện lớn, như trong trường hợp tụ điện làm mịn bộ chỉnh lưu, thì thông số thứ ba rất quan trọng – dòng điện đỉnh của nó.
Có hai tình huống:
- Dòng phóng của tụ điện: Trong chu kỳ phóng điện, dòng điện cực đại do tụ điện cung cấp xảy ra khi đầu ra từ mạch chỉnh lưu giảm về không. Lúc này toàn bộ dòng điện từ mạch do tụ điện cung cấp. Đây bằng cường độ dòng điện toàn mạch.
Dòng điện đỉnh do tụ điện cung cấp trong pha phóng điện
- Dòng điện nạp của tụ điện: Trong chu kỳ tích điện của tụ điện làm phẳng, tụ điện cần phải thay thế tất cả điện tích đã mất, nhưng nó chỉ có thể đạt được điều này khi điện áp từ bộ chỉnh lưu vượt quá điện áp từ tụ điện làm phẳng. Điều này chỉ xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn của chu kỳ. Do đó, dòng điện trong thời gian này cao hơn nhiều. Tụ điện càng lớn thì càng giảm gợn tốt và thời gian tích điện càng ngắn.Thời gian sạc ngắn hơn làm tăng mức dòng điện đỉnh rất lớn vì tụ điện làm mịn cần hấp thụ đủ điện tích cho thời gian phóng điện trong một thời gian rất ngắn.
Khoảng thời gian mà tụ điện cung cấp điện sạc
Bọ lọc hình PI – Mạch chỉnh lưu cầu có tụ lọc
Trong một số ứng dụng, bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính sẽ không được sử dụng, có thể yêu cầu một dạng mịn được cải thiện. Điều này có thể được cung cấp bằng cách sử dụng hai tụ điện và một cuộn cảm hoặc điện trở nối tiếp.
Xem chi tiết : Bộ lọc hình Pi
Cách tiếp cận cung cấp năng lượng làm mịn được sử dụng trong một số hệ thống điện áp cao và trong một số lĩnh vực chuyên môn khác, nhưng nó không phổ biến như các nguồn cung cấp điện được điều chỉnh tuyến tính và nguồn cung cấp chế độ chuyển đổi cung cấp khả năng điều chỉnh và làm mịn tốt hơn nhiều.
Cách tiếp cận này cũng có thể được nhìn thấy trong nhiều bộ không dây cổ điển mà việc sử dụng nguồn điện được điều chỉnh tuyến tính là không khả thi.
Có hai tùy chọn cho hệ thống làm mịn phần π. Với hai tụ điện giữa đường dây và đất, phần tử nối tiếp là cuộn cảm hoặc điện trở. Chi phí cuộn cảm cao hơn nhiều và cho hiệu suất tốt hơn, nhưng điện trở là một lựa chọn rẻ hơn nhiều mặc dù nó đã tiêu hao nhiều năng lượng hơn.
Làm trơn tụ điện là yếu tố thiết yếu của cả bộ nguồn tuyến tính và bộ nguồn chế độ chuyển đổi và do đó chúng được sử dụng rộng rãi.
Khi chọn tụ điện chứa cho các ứng dụng làm trơn trong nguồn điện, không chỉ giá trị về mặt điện dung quan trọng để giảm điện áp gợn yêu cầu mà còn rất quan trọng để đảm bảo rằng định mức dòng điện gợn của tụ điện không bị vượt quá. Nếu dòng điện được kéo ra quá nhiều, tụ điện sẽ nóng lên và giảm tuổi thọ của nó, hoặc trong trường hợp nghiêm trọng, nó có thể bị hỏng.