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      大功率直流電源濾波電路及電子濾波器原理

      更新時間  2018-12-1 來源: 閱讀 312

      整流電路是將交流電變成大功率直流電源的一種電路,但其輸出的大功率直流電源的脈動成分較大,而一般電子設備所需大功率直流電源源的脈動系數要求小于0.01.故整流輸出的電壓必須采取一定的措施.盡量降低輸出電壓中的脈動成分,同時要盡量保存輸出電壓中的直流成分,使輸出電壓接近于較理想的大功率直流電源,這樣的電路就是大功率直流電源源中的濾波電路。 常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復式濾波(包括倒L型、LC濾波、LCπ型濾波和RCπ型濾波等)。有源濾波的主要形式是有源RC濾波,也被稱作電子濾波器。RC-π型濾波電路,實質上是在電容濾波的基礎上再加一級RC濾波電路組成的。如圖1虛線框即為加的一級RC濾波電路。若用S表示C1兩端電壓的脈動系數,則輸出電壓兩端的脈動系數S=(1/ωC2R)S。 由分析可知,在ω值一定的情況下,R愈大,C2愈大,則脈動系數愈小,也就是濾波效果就越好。而R值增大時,電阻上的直流壓降會增大,這樣就增大了大功率直流電源源的內部損耗;若增大C2的電容量,又會增大電容器的體積和重量,實現起來也不現實。 

      為了解決這個矛盾,于是常常采用有源濾波電路,也被稱作電子濾波器。電路如圖2。它是由C1、R、C2組成的π型RC濾波電路與有源器件--晶體管T組成的射極輸出器連接而成的電路。由圖2可知,流過R的電流IR=IE/(1+β)=IRL/(1+β)。流過電阻R的電流僅為負載電流的1/(1+β).所以可以采用較大的R,與C2配合以獲得較好的濾波效果,以使C2兩端的電壓的脈動成分減小,輸出電壓和C2兩端的電壓基本相等,因此輸出電壓的脈動成分也得到了削減。大功率直流電源中的脈動成分的大小用脈動系數來表示,此值越大,則濾波器的濾波效果越差。 脈動系數(S)=輸出電壓交流分量的基波最大值/輸出電壓的直流分量。半波整流輸出電壓的脈動系數為S=1.57,全波整流和橋式整流的輸出電壓的脈動系數S≈O.67。對于全波和橋式整流電路采用C型濾波電路后,其脈動系數S=1/(4(RLC/T-1)。(T為整流輸出的直流脈動電壓的周期。) 

      從RL負載電阻兩端看,基極回路的濾波元件R、C2折合到射極回路,相當于R減小了(1+β)倍,而C2增大了(1+β)倍。這樣所需的電容C2只是一般RCπ型濾波器所需電容的1/β,比如晶體管的直流放大系數β=50,如果用一般RCπ型濾波器所需電容容量為1000μF,如采用電子濾波器,那么電容只需要20μF就滿足要求了。采用此電路可以選擇較大的電阻和較小的電容而達到同樣的濾波效果,因此被廣泛地用于一些小型電子設備的電源之中。

      直流電源系統需要采集多路模擬量、數字量并要求多路空節點和0 V~4 V的可調電壓輸出,即"四遙"功能。監控單元有兩個串行口,一個用于連接智能設備,另一個用于和TC35i通信。監控單元還需要鍵盤和液晶顯示。根據以上需求,系統需在單片機最小系統的基礎上增加較多外設。采用帶雙串口的單片機減少外設數量,則增加系統成本,而且限制單片機本身的通用性。本文采用普通單片機外擴串口和RAM,并采用GAL16V8產生多個總線設備片選。其硬件原理圖如圖1所示。

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