Filtru capacitiv

Filtru capacitiv

Schema de principiu a unui redresor in punte, cu filtru capacitiv, este data in fig. 2.5.12. Actiunea de filtrare se bazeaza pe proprietatea condensatorului de a inmagazina energie pe durata conductiei diodelor si de a restitui energie sarcinii, atunci cand diodele sunt blocate. In acest mod, se extinde intervalul de timp in care curentul circula prin sarcina, iar ondulatia se reduce.

Fig. 2.5.12. Schema de principiu a redresorului in punte, cu filtru capacitiv

Ipotezele simplificatoare de lucru sunt urmatoarele:

- rezistenta de sarcina este finita;

- constanta de timp a circuitului condensator-sarcina este mult mai mare decat semiperioada tensiunii retelei de c.a. (, cu

Regimul de functionare al diodelor este un regim variabil de semnal mare si frecvente joase, astfel ca fiecare dioda este inlocuita cu modelul de semnal mare, cu circuit echivalent, obtinut prin liniarizarea pe portiuni a caracteristicii statice. In conditiile precizate, sarcina redresorului, compusa din condensatorul in paralel cu rezistenta , poate fi inlocuita cu o sursa de tensiune continua . Circuitul echivalent al redresorului cu filtru capacitiv este reprezentat in fig. 2.5.13.

Fig. 2.5.13. Circuitul echivalent al redresorului in punte, cu filtru capacitiv

Curentul intr-un astfel de circuit nu poate fi decat pozitiv sau nul (fig. 2.5.14). Anularea curentului se produce in momentul in care tensiunea egaleaza tensiunea efectiva , adica

(2.5.54)

Atunci cand , curentul este

(2.5.55)

unde si . Unghiurile electrice la care se anuleaza curentul sunt , cu

Pentru , se obtine valoarea de varf a curentului direct printr-o pereche de diode,

(2.5.56)

Fig. 2.5.14. Forma de unda a curentului prin diodele redresoare

Un ciclu de functionare al redresorului cu sarcina capacitiva contine doua faze:

- faza I, caracterizata prin unghiul electric , este faza de incarcare a condensatorului , pe a carei durata o pereche de diode este in conductie si curentul prin secundarul transformatorului este nenul;

-faza a II-a, caracterizata prin unghiul electric , este faza de descarcare a condensatorului pe rezistenta de sarcina (toate diodele sunt blocate si curentul prin secundarul transformatorului este nul).

Pe durata fazei a doua, tensiunea la bornele condensatorului scade exponential in timp, cu constanta de timp (fig. 2.5.15).

Daca se admite ca incarcarea si descarcarea condensatorului se face sub curentul constant (fig. 2.5.16), variatia sarcinii condensatorului poate fi scrisa ca

(2.5.57)

pentru intervalul de timp , si

(2.5.58)

pentru intervalul . In regim stationar, , de unde rezulta

(2.5.59)

Fig. 2.5.15. Forma de unda a tensiunii de iesire

Pentru unghiuri mici de conductie (), intervalul de timp in care condensatorul furnizeaza energie sarcinii poate fi aproximat printr-o semiperioada (). Aceasta permite inlocuirea expresiei (2.5.59) cu

(2.5.60)

Fig. 2.5.16. Forma liniarizata de unda a ondulatiei tensiunii de iesire

Relatia (2.5.59) permite calcularea capacitatii necesare pentru limitarea ondulatiei la iesire la o valoare impusa , considerand cel mai defavorabil regim de lucru, in care curentul de descarcare al condensatorului trebuie sa asigure curentul maxim prin sarcina. Prin urmare, se va alege un condensator, cu o capacitate care indeplineste conditia

(2.5.61)

sau, folosind expresia aproximativa (2.5.60),

. (2.5.62)

In cazul aproximarii componentei ondulatorii a tensiunii de iesire cu un semnal triunghiular, cu amplitudine varf la varf si frecventa (fig. 2.5.16), valoarea efectiva a ondulatiei este

(2.5.63)

Cu (2.5.63), se obtine factorul de ondulatie

(2.5.64)

Expresia aproximativa (2.5.64) arata ca factorul de ondulatie al redresorului cu filtru capacitiv depinde de rezistenta de sarcina si de capacitatea condensatorului de filtrare. Cu cat si sunt mai mari, cu atat actiunea de filtrare este mai buna si, deci, ondulatia va fi mai redusa. Prin urmare, un filtru cu condensator este eficient la curenti slabi prin sarcina.

Valoarea medie a tensiunii de iesire poate fi estimata cu ajutorul relatiei

(2.5.65)

Relatia (2.5.65) descrie caracteristica externa a redresorului cu filtru capacitiv, , reprezentata in fig. 2.5.17, unde si

Fig. 2.5.17. Caracteristica externa a redresorului bialternanta cu filtru capacitiv

Tensiunea inversa maxima la bornele diodelor blocate este . Pentru o aplicatie de acest tip, vor fi alese diode (punte redresoare) dintre acelea care indeplinesc conditiile:

(2.5.66)