Пульсация напряжения: Пульсация напряжения — это… Что такое Пульсация напряжения?

Содержание

Пульсация напряжения — это… Что такое Пульсация напряжения?



Пульсация напряжения
(тока) – процесс периодического или случайного изменения постоянного напряжения (тока) относительно его среднего уровня в установившемся режиме работы источника, преобразователя электрической энергии или системы электроснабжения. ГОСТ 23875—88.

Коммерческая электроэнергетика. Словарь-справочник. — М.: Энас.
В.В. Красник.
2006.

  • Пульсация тока
  • напряжение

Смотреть что такое «Пульсация напряжения» в других словарях:

  • пульсация напряжения — — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] Тематики релейная защита EN voltage ripple …   Справочник технического переводчика

  • ПУЛЬСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ — 3.15 ПУЛЬСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ: ПУЛЬСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА РЕНТГЕНОВСКОЙ ТРУБКЕ r выражается в процентах пикового напряжения Umax в определенном временном интервале. Пульсация r определяется уравнением где Umax наибольшее значение напряжения в заданном… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • пульсация напряжения — įtampos pulsavimas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. voltage pulsation; voltage ripple vok. Spannungswelligkeit, f rus. пульсация напряжения, f pranc. ondulation de tension, f …   Automatikos terminų žodynas

  • пульсация напряжения рентгеновского аппарата — Отношение разности наибольшего и наименьшего за период значений пульсирующего напряжения на выходе генераторного устройства к наибольшему значению напряжения, выраженное в процентах. [ГОСТ 25272 82] Тематики аппараты рентгеновские медицинские …   Справочник технического переводчика

  • пульсация напряжения (тока) — Процесс периодического или случайного изменения постоянного напряжения (тока) относительно его среднего уровня в установившемся режиме работы источника, преобразователя электрической энергии или системы электроснабжения. [ГОСТ 23875 88] Тематики… …   Справочник технического переводчика

  • пульсация напряжения источника питания — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN power supply flutter …   Справочник технического переводчика

  • Пульсация напряжения (тока) — 56. Пульсация напряжения (тока) Процесс периодического или случайного изменения постоянного напряжения (тока) относительно его среднего уровня в установившемся режиме работы источника, преобразователя электрической энергии или системы… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • пульсация напряжения в сети — tinklo įtampos pulsacija statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. mains ripple vok. Spannungspulsation, f rus. пульсация напряжения в сети, f pranc. pulsation de la tension du réseau, f …   Automatikos terminų žodynas

  • пульсация напряжения в сети — tinklo įtampos pulsavimas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. mains pulsation vok. Spannungspulsation, f rus. пульсация напряжения в сети, f pranc. pulsation de la tension du réseau, f …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • Пульсация напряжения (тока) — English: Voltage (current) pulse Процесс периодического или случайного изменения постоянного напряжения (тока) относительно его среднего уровня в установившемся режиме работы источника, преобразователя электрической энергии или системы… …   Строительный словарь

Пульсация напряжения (тока) — это… Что такое Пульсация напряжения (тока)?



Пульсация напряжения (тока)
Процесс периодического или случайного изменения постоянного напряжения (тока) относительно его среднего уровня в установившемся режиме работы источника, преобразователя электрической энергии или системы электроснабжения (по ГОСТ 23875-88)
Источник: Термины и определения в электроэнергетике. Справочник

Строительный словарь.

  • Проходной изолятор
  • Пульсирующий электрический ток

Смотреть что такое «Пульсация напряжения (тока)» в других словарях:

  • пульсация напряжения (тока) — Процесс периодического или случайного изменения постоянного напряжения (тока) относительно его среднего уровня в установившемся режиме работы источника, преобразователя электрической энергии или системы электроснабжения. [ГОСТ 23875 88] Тематики… …   Справочник технического переводчика

  • Пульсация напряжения (тока) — 56. Пульсация напряжения (тока) Процесс периодического или случайного изменения постоянного напряжения (тока) относительно его среднего уровня в установившемся режиме работы источника, преобразователя электрической энергии или системы… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ПУЛЬСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ — 3.15 ПУЛЬСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ: ПУЛЬСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА РЕНТГЕНОВСКОЙ ТРУБКЕ r выражается в процентах пикового напряжения Umax в определенном временном интервале. Пульсация r определяется уравнением где Umax наибольшее значение напряжения в заданном… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Пульсация напряжения — (тока) – процесс периодического или случайного изменения постоянного напряжения (тока) относительно его среднего уровня в установившемся режиме работы источника, преобразователя электрической энергии или системы электроснабжения. ГОСТ 23875 88 …   Коммерческая электроэнергетика. Словарь-справочник

  • пульсация постоянного выходного напряжения — 30 пульсация постоянного выходного напряжения [тока] источника электропитания РЭА: Процесс периодического или случайного изменения постоянного выходного напряжения [тока] относительно его среднего значения в установившемся режиме работы источника …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Пульсация тока — См. Пульсация напряжения …   Коммерческая электроэнергетика. Словарь-справочник

  • ГОСТ 23875-88: Качество электрической энергии. Термины и определения — Терминология ГОСТ 23875 88: Качество электрической энергии. Термины и определения оригинал документа: Facteur de distortion (d’une tension ou d’un courant alternatif non sinusoïdal) 55 Определения термина из разных документов: Facteur de… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ Р 52907-2008: Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Термины и определения — Терминология ГОСТ Р 52907 2008: Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Термины и определения оригинал документа: 18 время отключения (источника электропитания РЭА): Интервал времени между моментом прекращения подачи входного… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Сглаживающий фильтр — Сглаживающий фильтр  устройство для сглаживания пульсаций после выпрямления переменного тока диодным мостом. Простейшим сглаживающим фильтром является электролитический конденсатор большой ёмкости, установленный на схеме параллельно нагрузке …   Википедия

  • ПОРОКИ СЕРДЦА — ПОРОКИ СЕРДЦА. Содержание: I. Статистика ……………….430 II. Отдельные формы П. с. Недостаточность двустворчатого клапана . . . 431 Сужение левого атглю вентрикулярного отверстия ……»…………….436 Сужение устья аорты …   Большая медицинская энциклопедия

Метрологические аспекты измерений уровня пульсаций в источниках питания постоянного тока

4 Марта 2019

Константин Бондин,

генеральный директор

ООО «Профигрупп»
[email protected]

Андрей Зуйков,

инженер-метролог

Сергей Липатов,

инженер-конструктор


Каждое техническое средство обладает уникальными параметрами. В ходе практической деятельности выработаны методы по контролю и подтверждению данных параметров: испытания, проверки, калибровки, поверки. Созданы системы качества, программы постановки на производство и прочие регламенты, управляющие процессом выпуска продукции с требуемыми характеристиками.


На данный момент в отношении типовых агрегатов выпускаемых технических средств существуют стандартные методы контроля (измерений) их параметров, зафиксированные в ГОСТах и конструкторской документации, а также имеющие достаточную степень детализации и актуализируемые по мере необходимости в связи с появлением новых измерительных технологий и средств измерений.



Мы, производители такого типового технического средства, как источник питания (ИП) постоянного тока, были полностью уверены, что все методики измерений контролируемых параметров стандартизованы и апробированы тысячью пользователей и практически совершенны в методологическом плане. Но практическая деятельность заставила нас усомниться в данном утверждении.


Своеобразной темной лошадкой источников питания стал такой параметр, как пульсации электрического тока — достаточно распространённая техническая характеристика, активно применяемая при нормировании параметров источников питания. Методология его контроля проста как в техническом плане, так и в практической реализации.

Метод измерения пульсаций выходного тока


Определение пульсаций выходного тока проводят методом косвенных измерений, определяя падение напряжения на нагрузке микровольтметром переменного напряжения В3-57 (рис. 1).


Рис. 1. Измерительная схема контроля пульсаций


В большинстве методик поверки определение погрешности прибора выполняется при максимальном выходном токе и напряжении, равном 90% от конечного значения диапазона измерений.


Определение пульсаций проводят в следующем порядке:

  1. К выходу поверяемого прибора подключают катушку электрического сопротивления Р310, Р321 (в зависимости от выходного тока источника).
  2. К потенциальным зажимам катушки подключают микровольтметр В3-57.
  3. Органами управления поверяемого прибора устанавливают выходное напряжение, соответствующее 90% от конечного значения диапазона измерений.
  4. Для получения максимального значения выходного тока и 90%-о уровня выходного напряжения с помощью нагрузки устанавливают требуемое значение сопротивления.
  5. Измеряют пульсации напряжения, фиксируя показания микровольтметром В3-57.
  6. За результат измерения принимают значение, рассчитанное по формуле:


ИП считается прошедшим поверку по данному пункту, если значение пульсации выходного тока в режиме стабилизации тока не превышает 5 мА среднеквадратического значения.


Однако реализация описанного метода различными пользователями при, казалось бы, широких допусках продемонстрировала огромный разброс данного параметра, зачастую превышая пределы допусков в десятки раз.


Несложное исследование данного метода измерения дало интересные результаты. Применение при контроле пульсаций двух номиналов катушек сопротивлений Р310: 0,01 Ом и 0,001 Ом показало тысячекратное изменение уровня пульсаций при использовании одного и того же режима работы ИП, хотя по закону Ома значения измеряемого переменного напряжения должны были отличаться не более чем в 10 раз. Опыты при применении катушки Р323 номиналом 0,0001 Ом подтвердили эту тенденцию и показали полную несостоятельность предложенного метода измерений.


Было замечено значительное уменьшение уровня пульсаций при применении скрутки измерительных проводов, что натолкнуло нас на мысль исследовать вопрос электромагнитной составляющей природы этого явления (рис. 2).


Рис. 2. Измерительный кабель В3-57. Применение скрутки измерительных проводов значительно влияет на результат измерений пульсаций


Нормированные уровни индустриальных помех, допускаемые для современной техники, определяются множеством ГОСТов в зависимости от специфики устройства. Общая методика определения данного уровня помех регламентирует контроль параметров на уровнях единиц мкВ на расстоянии 3 и 10 м от испытуемого изделия. Однако на практике средства измерений находятся в непосредственной близости друг от друга, и уровни фактических помех, воздействующих на измерительные цепи средств измерений, никем не контролируются и должным образом не учитываются.


Применительно к нашему случаю мы провели практическое исследование уровня помех, регистрируемых измерительной схемой при контроле пульсаций (В3-57), и пересчитали в величину уровня пульсаций. Полученные результаты объяснили разброс показаний, наблюдаемый при контроле пульсаций разными пользователями и лабораториями.


Анализ гостированных методов измерений пульсаций, выполняемых при помощи осциллографа по ГОСТ 18953-73, показал незаконность использования данного метода в настоящее время, но на практике измерение по ГОСТ 18953-73 практически не применяется в утвержденных методиках поверки. Ранее действующий ГОСТ отменен и внедрен международный ГОСТ Р 54364-2011 (IEC 61204:2001) «Низковольтные источники питания постоянного тока. Эксплуатационные характеристики», регламентирующий новые подходы в контроле пульсаций:

  • дифференциальный метод измерения;
  • метод испытания нагрузочной вилкой.


Практическое применение данных методов вызвало больше вопросов, чем их отмена: при их использовании зафиксировать какие-либо критические уровни пульсаций не удалось. ТаРис. 3. Оснастка для контроля пульсаций по ГОСТ Р 54364-2011 ким образом, создается впечатление, что любой выпускаемый сегодня ИП гарантированно не имеет критических уровней пульсаций (рис. 3).


Рис. 3. Оснастка для контроля пульсаций по ГОСТ Р 54364-2011


Метод испытания нагрузочной вилкой (рис. 4) показал свою низкую чувствительность, начинающуюся на уровне 3 мА. При этом метод определяется чувствительностью токового пробника (токовых клещей) при контролируемом уровне пульсаций по току в диапазоне 2–5 мА.


Рис. 4. Метод испытания нагрузочной вилкой


Анализ методик измерений других производителей, в том числе иностранного производства, поражает многообразием применяемых способов. В зависимости от технического исполнения и мощности ИП разнятся и методы контроля данного параметра:

  • при помощи осциллографа с закрытым входом;
  • включением в измерительную цепь ИП обратной полярности;
  • при помощи дифференциальных пробников;
  • применением нагрузочных вилок и токовых клещей;
  • применением токовых шунтов и электронных нагрузок;
  • использованием ферритовых колец в измерительной схеме;
  • снятием показаний непосредственно с нагрузочных сопротивлений.


В конечном итоге все указанные методы сводятся к контролю уровня переменного напряжения.


Проведя анализ схемотехнических решений в исполнении источников питания, мы пришли к выводу, что пульсации постоянного тока — это характеристика стабилизатора ИП в режиме стабилизации тока. Пульсации тока выражены безразмерной величиной относительно величины рабочего тока и определяются двумя факторами:

  • режимом работы источника питания;
  • номиналом постоянного тока, генерируемого ИП.


Анализ составляющих формулы (1) показывает, что величина постоянного и переменного тока напрямую зависит от нагрузки, на которую работает ИП, разного поведения одной и той же нагрузки для постоянного и переменного тока (активной и реактивной составляющей).


При производстве универсальных источников питания нет информации о специфике будущей рабочей нагрузки, и при настройке и регулировке используется нагрузка, имеющая в большей части активную составляющую. Логично выглядит идея, что и при проведении контрольных операций с источником питания следует применять аналогичную нагрузку, имеющую в большей степени активную составляющую.


Анализ методов контроля пульсаций показывает активное применение электронных нагрузок. Функционал данных устройств, безусловно, удобен для воспроизведения необходимых режимов работы ИП. Но для контроля параметров пульсаций ИП критичным параметром становятся собственные пульсации и стабильность работы электронных нагрузок, которые в должном объеме никто не исследовал. Поэтому применение в методиках контроля пульсаций данных устройств, по нашему мнению, неприемлемо. В процессе производства ИП для контроля технических параметров нами было разработано устройство, максимально учитывающее специфику измерительной задачи, — реостат электронно-управляемый (РЭУ), технические характеристики которого приведены в таблице.


В основу конструкторского решения реализации РЭУ легли реальные сопротивления, серийно выпускаемые отечественной промышленностью. Подбор номиналов и нагрузочной способности данных резисторов определяется режимом работы источника в контролируемой точке. Избыток тепла, выделяемого на нагрузке, отводится из корпуса РЭУ при помощи принудительной вентиляции.


Запас по мощности на нагрузочных сопротивлениях, низкие требования к точности задания номинала сопротивления и система внутреннего мониторинга измерений — система защиты позволяет использовать измерительные точки других режимов работы РЭУ для более тщательного исследования поведения управляющей системы источника питания и корректности функционирования во всем диапазоне работы, исключая возможность повреждения РЭУ.


Фактически при поверке (проверке, калибровке) ИП необходимо проверить (изучить):

  • поведение управляющей системы источника питания;
  • корректность функционирования во всем диапазоне работы.


Для успешного выполнения этих задач РЭУ обладает следующими особенностями:

  • нагрузочные сопротивления имеют запас по мощности;
  • система внутреннего мониторинга измерений — система защиты позволяет безболезненно использовать измерительные нагрузочные номиналы соседних режимов работы РЭУ.


Плата коммутации выполнена на мощных транзисторах, исключающих процесс искрообразования и значительные потери на самом элементе. Конструкция плат выполнена с максимальным экранированием от генерирования собственных наводок на внешние проводники и улавливания внешних.


Конструктивно корпус РЭУ (рис. 5) выбран в исполнении, максимально исключающем прохождение внешних наводок внутрь корпуса. Разделение узлов и расположение их внутри корпуса минимизирует возможное взаимное влияние и распространение внутри корпуса потенциальных наводок. Измерительная часть дополнительно экранирована. Контрольный шунт выполнен из манганинового сплава, что в долгосрочной перспективе гарантирует стабильные характеристики его номинала.


Рис. 5. Реостат электронно-управляемый РЭУ-03


Внутренние источники питания, необходимые для работы цифровой части РЭУ, выполнены в индивидуальных модулях и отделены экранами от самих нагрузочных сопротивлений и измерительной части схемы.


Все эти конструкторские решения позволили нам минимизировать величины вероятных наводок до уровня десятых милливольт и миллиампер. Дальнейшая работа по уменьшению собственных наводок не представляется целесообразной, так как нормированные уровни контролируемых пульсаций составляют единицы милливольт (миллиампер).


Презентация данной нагрузки на выставках и общение с представителями заинтересованных организаций показали актуальность нашей разработки для практикующих метрологов и подсказали пути дальнейшей модернизации РЭУ, по окончании которой устройство можно будет использовать как для работы на переменном напряжении, так и для калибровки трансформаторов тока.


Таблица. Основные технические данные и характеристики РЭУ-03















Наименование параметра

Значение параметра

Питание прибора

От сети 220 В, 50 Гц

Напряжение на нагрузке:

– низковольтный вход

– высоковольтный вход

0–75 В

0–300 В

Максимально допустимое напряжение на низковольтном входе

85 В

Максимально допустимое напряжение на высоковольтном входе

400 В

Допускаемый ток в нагрузке

0,001–20 А

Диапазон нагрузки

0,09–3000 Ом

Допускаемое отклонение от номинального значения сопротивления нагрузки

8%

8 Уровень собственных пульсаций РЭУ в диапазоне рабочих режимов:

– по напряжению, не более

– по току, не более

0,3 мВ

0,3 мА

Допускаемая мощность рассеивания в нагрузке

0–490 Вт

Потребляемая мощность РЭУ

не более 25 В·А

Время установления рабочего режима, не более

1 мин

Масса, не более

18 кг

Пульсация напряжения (тока) — это… Что такое Пульсация напряжения (тока)?



Пульсация напряжения (тока)

56. Пульсация напряжения (тока)

Процесс периодического или случайного изменения постоянного напряжения (тока) относительно его среднего уровня в установившемся режиме работы источника, преобразователя электрической энергии или системы электроснабжения

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации.
academic.ru.
2015.

  • ПУЛЬСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
  • Пульсация пламени

Смотреть что такое «Пульсация напряжения (тока)» в других словарях:

  • пульсация напряжения (тока) — Процесс периодического или случайного изменения постоянного напряжения (тока) относительно его среднего уровня в установившемся режиме работы источника, преобразователя электрической энергии или системы электроснабжения. [ГОСТ 23875 88] Тематики… …   Справочник технического переводчика

  • Пульсация напряжения (тока) — English: Voltage (current) pulse Процесс периодического или случайного изменения постоянного напряжения (тока) относительно его среднего уровня в установившемся режиме работы источника, преобразователя электрической энергии или системы… …   Строительный словарь

  • ПУЛЬСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ — 3.15 ПУЛЬСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ: ПУЛЬСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА РЕНТГЕНОВСКОЙ ТРУБКЕ r выражается в процентах пикового напряжения Umax в определенном временном интервале. Пульсация r определяется уравнением где Umax наибольшее значение напряжения в заданном… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Пульсация напряжения — (тока) – процесс периодического или случайного изменения постоянного напряжения (тока) относительно его среднего уровня в установившемся режиме работы источника, преобразователя электрической энергии или системы электроснабжения. ГОСТ 23875 88 …   Коммерческая электроэнергетика. Словарь-справочник

  • пульсация постоянного выходного напряжения — 30 пульсация постоянного выходного напряжения [тока] источника электропитания РЭА: Процесс периодического или случайного изменения постоянного выходного напряжения [тока] относительно его среднего значения в установившемся режиме работы источника …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Пульсация тока — См. Пульсация напряжения …   Коммерческая электроэнергетика. Словарь-справочник

  • ГОСТ 23875-88: Качество электрической энергии. Термины и определения — Терминология ГОСТ 23875 88: Качество электрической энергии. Термины и определения оригинал документа: Facteur de distortion (d’une tension ou d’un courant alternatif non sinusoïdal) 55 Определения термина из разных документов: Facteur de… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ Р 52907-2008: Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Термины и определения — Терминология ГОСТ Р 52907 2008: Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Термины и определения оригинал документа: 18 время отключения (источника электропитания РЭА): Интервал времени между моментом прекращения подачи входного… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Сглаживающий фильтр — Сглаживающий фильтр  устройство для сглаживания пульсаций после выпрямления переменного тока диодным мостом. Простейшим сглаживающим фильтром является электролитический конденсатор большой ёмкости, установленный на схеме параллельно нагрузке …   Википедия

  • ПОРОКИ СЕРДЦА — ПОРОКИ СЕРДЦА. Содержание: I. Статистика ……………….430 II. Отдельные формы П. с. Недостаточность двустворчатого клапана . . . 431 Сужение левого атглю вентрикулярного отверстия ……»…………….436 Сужение устья аорты …   Большая медицинская энциклопедия

Коэффициент пульсации, формула и примеры

Определение и формула коэффициента пульсации

О коэффициенте пульсации чаще всего говорят, когда рассматривают переменный электрический ток. Тогда рассматривают коэффициент пульсации напряжения или силы тока. Существует внутренне деление коэффициентов пульсации напряжения (тока) на: коэффициент пульсации напряжения (тока), коэффициент пульсации напряжения (тока) по среднему значению, по действующему значению.

В общем случае форма напряжения на выходе выпрямляющего устройства имеет постоянную (называемую полезной) и переменную (пульсирующую) составляющие.

Если представить выпрямленное напряжение в виде ряда Фурье, как сумму постоянной составляющей () и некоторого числа () гармоник, имеющих амплитуды , то коэффициент пульсации напряжения () можно определить формулой:

   

где n — номер гармоники.

При этом компоненту считают полезным результатом деятельности выпрямителя, в отличие от пульсаций . Если форма пульсаций сложная, то максимальным значением может обладать не первая гармоника, но обычно под k понимают ее. Она применяется в расчетах и записывается в технических документах оборудования.

Разновидности коэффициентов пульсации напряжения (тока)

Коэффициентом пульсации напряжения (тока) по среднему значению называют величину, равную отношению средней величины переменной компоненты пульсирующего напряжения (тока) к постоянной составляющей.

Коэффициент пульсации напряжения (тока) по действующему значению — это параметр, который находят как отношение действующего значения переменой компоненты пульсирующего напряжения (тока) к его неизменной компоненте.

Часто потребителям не важно, какая из гармоник на выходе выпрямляющего устройства обладает наибольшим размахом. Интерес составляет общий размах пульсаций, который характеризует абсолютный коэффициент пульсаций (), который определяют выражением:

   

или

   

Или применяют формулу:

   

или

   

Коэффициент пульсации напряжения измеряют при помощи осциллографа или двух вольтметров.

Коэффициент пульсации — это одна из самых значимых характеристик выпрямителя — устройства, которое предназначено для превращения переменного напряжения источника электрической энергии в постоянное.

Единицы измерения

Коэффициент пульсации рассматривают как безразмерную величину или он может указываться в процентах.

Примеры решения задач

пульсирующее напряжение | Электрознайка. Домашний Электромастер.

data-ad-client=»ca-pub-5076466341839286″
data-ad-slot=»8969066382″>
   Самая простая двух-полупериодная схема выпрямления переменного тока получается из двух однополупериодных схем.  

    Вторичная обмотка трансформатора состоит из двух одинаковых обмоток II и III, каждая из которых выдает нужное переменное напряжение Uвых.
Через диоды проходит только положительная полуволна синусоидального переменного тока.

   Работает поочередно или обмотка II и диод VD1, или обмотка III и диод VD2. Средняя величина тока проходящего через каждую обмотку и диод, в двухполупериодном выпрямителе, равна половине выходного тока выпрямителя. В этом случае обмотки можно мотать проводом с вдвое меньшим сечением и применять диоды с меньшим допустимым током.

   Такие схемы двухполупериодного выпрямления предпочтительны тогда, когда на выходе выпрямителя нужно получить большой ток (5 — 10 ампер и более) при небольших напряжениях (5 – 20 вольт).
    Желательно применять германиевые диоды (на них меньше падение напряжения, чем на кремниевых диодах) они меньше греются. Мощные диоды, при больших токах нагрузки, нужно обязательно ставить на радиатор.
    При таком способе включения, оба диода можно ставить на один радиатор, так как аноды (плюсы) их имеют вывод на корпус, под гайку. Конструктивно это очень удобно. Два диода и радиатор составляют одну конструкцию и ее ставят на одну изолирующую подставку.
    Форма выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя представляет собой пульсирующее напряжение: полусинусоиды положительной и, перевернутой вверх, полусинусоиды отрицательной.

   На рисунках приведены варианты таких схем получения, на выходе выпрямителя, выходного напряжения положительной (рис. 1) или отрицательной (рис. 2) полярности относительно корпуса.

   Достоинства такой схемы двухполупериодного выпрямления против одно полупериодной схемы:

— трансформатор работает без токов подмагничивания;

— частота пульсаций на выходе выпрямителя f = 100 герц;

 — коэффициент пульсаций существенно меньше.

Недостатки такой схемы:

  •    — обратное напряжение на каждом диоде превышает выходное напряжение выпрямителя Uвых. в два раза (напряжение обоих обмоток складывается).

   В случае, если нет возможности достать диоды на рассчитываемый ток, можно включать их параллельно по два, а то и по три в каждом плече, как на рисунке 3.

    В этой схеме все диоды можно ставить на один радиатор, без изоляционных прокладок. Резисторы ставятся для того, чтобы уравнять внутренние «тепловые» сопротивления диодов.
    Резисторы должны быть равны между собой и иметь величину соответствующую динамическому сопротивлению диода — от 0,2 до 1 Ом, и мощность 1 ватт и более.
    Недостаток схемы:  – большая потеря мощности на резисторах.

   Разберем на примере применение данных схем.
Пусть нам нужно построить выпрямитель на напряжение 12 вольт и номинальный ток до 15 ампер.

    Рассмотрим сначала схему на рис. 1. Каждая вторичная обмотка трансформатора (обмотки II и III) должна быть рассчитана на переменное напряжение 13 – 14 вольт, с учетом падения напряжения на самой обмотке и самом сопротивлении диода.

Эти обмотки включаются последовательно – конец обмотки II с началом обмотки III. Средняя точка – общий, минусовой вывод. Два диода соединенные анодами вместе – это плюсовой вывод.

    Выходной ток двухполупериодного выпрямителя состоит из двух полуволн. Каждая из полуволн, за один период проходит сначала по одной половинке и диоду, затем по второй и диоду и имеет величину по 15 ампер. После диодов они сливаются вместе и имеют во времени форму пульсирующего напряжения.
    В каждой паре (обмотка и диод) ток, в течении одного периода, половину периода идет, половину периода не идет. Электрическая мощность, проходящая по каждой паре (обмотка — диод) в течение периода, равна половине общей мощности за это время. А следовательно, средний ток через каждую пару (обмотка — диод) равен, как бы, половине общего тока.
    Сечение провода вторичных обмоток и максимально допустимый ток диодов так же подбирается из этого расчета.
    Из этого следует, что в нашем примере сечение провода вторичных обмоток может быть рассчитано на ток в 7,5 ампер, то есть в два раза меньше. Диоды подбираются на ток до 10 ампер (всегда берутся с запасом), а не 7,5 ампер.
    Те же самые рекомендации по сечению провода относятся к схеме на рис. 2 и рис.3.

   Пример на схеме рис.3 относится к случаю, когда у нас нет в наличии диодов рассчитанных на ток 10 ампер, а есть диоды на 5 ампер. В этом случае ставим 4 диода: в «плечо» по два диода в параллель.Через каждый диод будет протекать ток  15 : 4 = 3,75 ампера.
    Определим величину омического сопротивления резисторов R1 – R4. Падение напряжения на диоде, при протекании через него максимального тока, равно около Uд = 1,0 вольта. Его динамическое сопротивление при токе I = 3,75 ампер будет примерно равно:

R = Uд : I = 1,0 : 3,75 = 0,266 Ом.
 Сопротивление каждого из резисторов R1 – R4 должно быть 1 – 2 Uд = 0,26 – 0,5 Ома.R1 – R4 д
При резисторе R = (0,26 — 0,5) Ома падение напряжения на нем будет:
   U = R х I = (0,26 — 0,5) х 3,75 = от 0,975 до 1,875 вольта.
    Электрическая мощность выделяемая на каждом резисторе равна:
   P = I х U = 3,75 (0,95 – 1,875) = от 3,56 до 7,03 ватта.

Такие резисторы изготавливают из толстого высокоомного провода, рассчитанного на ток 3,75 ампер и сильное выделение тепла.

   Это довольно существенная потеря мощности на резисторах.
 Такова расплата за использование не соответствующих току диодов.
     Если же не ставить эти уравнительные резисторы, одни диоды будут работать с перегрузкой и сильно греться (тепловой пробой), другие будут работать с малыми токами.

data-ad-client=»ca-pub-5076466341839286″
data-ad-slot=»8969066382″>

Маломощные однофазные выпрямители

Одними из самых  распространенных преобразователей тока являются выпрямители переменного тока в пульсирующий (постоянный по направлению движения носителей, но переменный по мгновенной величине) ток. Они имеют очень широкое применение. Условно их можно разделить на маломощные выпрямители (до нескольких сотен ватт  и выпрямители большой мощности (киловатты и больше)).

Содержание:

Принцип работы выпрямителя

Структурная схема выпрямителя показана ниже:

Структурная схема выпрямителя

Главною его частью является выпрямляющее устройство В, образованное из диодов, объединенных особым образом. Именно здесь и происходит преобразование переменного тока в пульсирующий постоянный. Переменное напряжение подается на выпрямляющее устройство через трансформатор Тр. В некоторых случаях трансформатора может и не быть (если напряжение силовой сети отвечает той, которая необходима для работы выпрямителя). Трансформатор(если он есть) в большинстве также имеет особенности в соединении его обмоток. Пульсирующий ток , как правило не является постоянным по величине в каждое мгновение времени, и когда необходимо иметь более сглаженное его значение, чем полученный после выпрямляющего устройства, применяют фильтры Ф. В случае необходимости выпрямитель дополняют стабилизатором напряжения  или тока Ст, который поддерживает их на постоянном уровне, если параметры силовой сети изменяется по разным причинам. Структурную схему завершает нагрузка Н, которая значительно влияет на работу всего устройства и поэтому считается составляющей частью всего преобразователя.

Собственно выпрямителем является та его часть, которая обведена на рисунке выше пунктиром и состоит из трансформатора и выпрямительного устройства.

В этом подразделе рассматриваются  выпрямители малой мощности, которые необходимы для обеспечения постоянным напряжением всяких устройств в областях управления, регулирования, усилителях тока, генераторах малой мощности и так далее. Как правило, они питаются от однофазного переменного напряжения 220 или 380 В частотою 50 Гц.

Нулевая схема выпрямления

Рассмотреть принцип действия самого простого выпрямителя однофазного тока целесообразно на так называемой нулевой схеме. Хотя она сейчас встречается относительно редко (о чем речь пойдет далее), знание физических процессов, которые происходят в этой схеме, очень важны для понимания дальнейшего материала.

Нулевая схема выглядит так:

Однофазный выпрямитель с нулевой точкой

Трансформатор Тр    имеет на вторичной стороне две обмотки, соединенные последовательно таким образом, что относительно средней точки а  напряжения  на свободных концах обмоток в и с одинаковые по величине, но противоположные по фазе. Выпрямительное устройство образовано двумя диодами D1 и D2, которые соединены вместе своими катодами, тогда как каждый анод соединен с соответствующей обмоткой. Нагрузка Zн присоединена между катодами диодов и точкой трансформатора.

Рассмотрим, как возникает пульсирующее напряжение на нагрузке. Сначала будем считать нагрузку чисто активным сопротивлением, Zн=Rн.  Когда напряжение в обмотках будет изменяться по синусоидальному закону, то в тот полупериод, когда к аноду диода приложен положительный потенциал, будет проходить прямой ток. Поскольку напряжение на диоде составляет доли вольта, пренебрежем им. Тогда вся положительная полуволна переменного напряжения будет приложена просто к нагрузке Rн.  Когда напряжение приложенное минусом к аноду, тока не будет (малым обратным током диода также пренебрежем). Таким образом, до нагрузки будем доходить лишь положительная полуволна переменного напряжения в течении половины периода. Вторая половина периода будет свободна от тока.

Вторичные обмотки соединены противофазно, нагрузка общая для обеих обмоток, таким образом, в то время, когда в одной из них (например в верхней) ток будет проходить, другая будет от него свободна и наоборот.

Поэтому в нагрузке каждый полупериод будет заполнен полуволной переменного напряжения:

Выпрямление напряжения

И выпрямленное напряжение Ud будет иметь вид одинаковых полуволн, которые повторяются с периодом, вдвое меньшим, чем период переменного напряжения в сети питания (2π радиан). Для обобщения, что будет удобно, далее будем считать, что период изменения выпрямленного напряжения меньше 2π в m раз и равняется 2π/m (в нашем случае m-2). Если нагрузка активное сопротивление Rн, то и ток в нем id , будет повторять кривую напряжения.

Рассмотренная схема будет иметь тот недостаток, что во вторичных обмотках по сравнению с первичной имеют место значительные пульсации тока, потому что эти обмотки работают по очереди. Поскольку они намотаны на один сердечник, магнитный поток в последнем будет переменным, поэтому и в первичной обмотке ток будет переменным, имея как положительную, так и отрицательную полуволны. Как известно из курса электротехники, действующие и средние значения тока или напряжения одинаковые только для постоянного тока. Чем больше пульсации, тем больше будет действующее значение относительно среднего. Поэтому мощности обеих сторон трансформатора не будут одинаковыми. Однако трансформатор один, и объем железа для его сердечника следует выбирать, исходя из какого-то одного значения мощности.

Поэтому условно ввели понятие типовой мощности трансформатора, которая равняется среднему мощностей обеих сторон:

Типовая мощность трансформатора

Выпрямительный мост или схема Гретца

Указанный недостаток можно исправить, используя выпрямляющее устройство в виде так называемого моста (схема Гретца):

Мостовая схема выпрямления

В этом случае первые полупериоды будут работать, например, диоды D2  и D4, а вторые полупериода — D1 и D3. На нагрузке каждый раз будет полная полуволна вторичного напряжения:

Выпрямление напряжения

 Мостовая схема кроме того имеет менее сложный, более легкий и дешевый трансформатор. Как мы увидим далее, у нее есть еще несколько преимуществ.

Интересно, что эта схема появилась исторически раньше нулевой однако распространения не получила, потому что имела во-первых четыре диода вместо двух. Однако главным  было не их количество, а то что при работе каждые полупериода ток проходит через два последовательно соединенных диода, на которые падает двойное напряжение. На то время полупроводниковых диодов еще не было, а вакуумные или ртутные имели значительное падение напряжения при прохождении прямого тока, что существенно понижало коэффициент  полезного действия. Оказалось, что более сложный трансформатор нулевой схемы, но с одним диодом в кругу выпрямления тока экономично выгоднее, чем мостовая схема с удвоенным числом диодов и двойным расходом энергии на них. И только появление относительно дешевых полупроводниковых диодов с очень маленьким падением прямого напряжения позволило повернуться к мостовым схемам, которая сейчас практически вытеснила нулевую ( в этом при желании можно усмотреть проявление одного из  диалектических законов – развитие по спирали).

Основные соотношения для выпрямителя

Выведем некоторые важные формулы, которые описывают процессы, существующие в этой схеме. Будем считать, что заданными величинами являются средние значения напряжения на нагрузку Ud и среднее значение тока в нем Id.

Среднее значение выпрямленного напряжения

Среднее значение выпрямленного напряжения

Запомним это выражение на дальнейшее. В нашем случае m=2 и 1 . Поскольку Ud считаем заданным, то

Среднее значение выпрямленного напряжения1

Амплитудное значение вторичного напряжения

Из предыдущего выражения имеем:

Амплитудное значение вторичного напряжения

Коэффициент трансформации трансформатора

Этот коэффициент определяет отношения питающей сети к напряжению на обмотке вторичной стороны:

Коэффициент трансформации трансформатора

Действующее значение тока вторичной обмотки

Ток вторичной обмотки в то же время есть током в нагрузке. Поскольку нагрузка чисто активная и ток в ней повторяет по форме пульсирующее напряжение, то между его средним значением и его действующим значением существует такая же зависимость, что и для напряжений, то есть

Значение тока вторичной обмотки трансформатора

Действующее значение тока первичной обмотки

Ток в первичной обмотке повторяет с учетом n ток вторичной обмотки :

Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора

Мощность трансформатора

Мощности первичной и вторичной сторон трансформатора в этой схеме одинаковые, поэтому:

Мощность обмоток трансформатора

Пульсация выпрямленного напряжения

Пульсирующее напряжение состоит из среднего значения Ud   и бесконечного количества гармоничных составляющих, амплитуды которых можно определить по формулам Фурье. Если начало координат выбрать так как на рисунке, то в гармоничном составе будут присутствовать только косинусные гармоники (т.к. кривая симметрична относительна оси координат). Амплитуда k-ой гармоники определяется по формуле:

Амплитуда гармоник

Где: l – полупериод π/m;  2

Наибольшую амплитуду будет иметь первая гармоника U(1)m, поэтому определим только ее, предположив, что k=1:

Гармоника имеющая максимальную амплитуду

Заменив  3 получим:

4

Отношение первой гармоники к среднему значению называют коэффициентом пульсаций:

Коэффициент пульсаций

Запомним эту формулу на будущее, а сейчас отметим, что в нашем случае при m – 2, q – 2/3. Это большие пульсации – амплитуда первой гармоники составляет 67% от среднего значения выпрямленного напряжения.

 Средний ток диодов

Как мы уже видели диоды работают по очереди – каждый из них проводит в среднем половину общего тока , который есть в нагрузке. Поэтому каждый из диодов должен быть рассчитан на ток  Iв = Id/2

Наибольшее обратное напряжение на диоде

В то время когда диод B1 проводит его можно считать замкнутым, и тогда к диоду B2 будет приложено в обратном направлении напряжение вторичной обмотки. Поэтому каждый из диодов должен быть рассчитан на ее амплитудное значение:

Обратное напряжение диода

Пульсации напряжения в выпрямителях — Учебное пособие по проектированию

Пульсация напряжения Как вы видели, конденсатор быстро заряжается в начале цикла и медленно разряжается через RL после положительного пика входного напряжения (когда диод имеет обратное смещение). Изменение напряжения конденсатора из-за зарядки и разрядки называется напряжением пульсации. Обычно пульсация нежелательна; таким образом, чем меньше пульсация, тем лучше действие фильтрации, как показано на рисунке ниже.

Rectifier Ripple Voltage

Half Wave Rectifier Ripple Voltage

Рис. Напряжение полуволновой пульсации (синяя линия).

Для данной входной частоты выходная частота двухполупериодного выпрямителя вдвое больше, чем полуволнового выпрямителя, как показано на рисунке 1. Это упрощает фильтрацию двухполупериодного выпрямителя из-за более короткого времени между пиками. При фильтрации двухполупериодное выпрямленное напряжение имеет меньшую пульсацию, чем полуволновое напряжение при тех же значениях сопротивления нагрузки и конденсатора.Конденсатор разряжается меньше во время более короткого интервала между двухполупериодными импульсами, как показано на рисунке 2.

Full Wave Rectifier Ripple Voltage

Рис. 1: Период двухполупериодного выпрямленного напряжения вдвое меньше периода полуволнового выпрямленного напряжения. Выходная частота двухполупериодного выпрямителя в два раза выше, чем у однополупериодного выпрямителя.

Capacitor Filter Ripples

Рис. 2: Сравнение пульсаций напряжения для полуволнового и двухполупериодного выпрямленных напряжений с одним и тем же фильтрующим конденсатором и нагрузкой, полученных из одного и того же синусоидального входного напряжения.

Коэффициент пульсации

Коэффициент пульсации (r) указывает на эффективность фильтра и определяется как

.

Ripple Factor

, где Vr (pp) — это напряжение пульсаций от пика до пика, а VDC — это постоянное (среднее) значение выходного напряжения фильтра, как показано на рисунке ниже. Чем ниже коэффициент пульсации, тем лучше фильтр. Коэффициент пульсаций можно снизить, увеличив емкость конденсатора фильтра или увеличив сопротивление нагрузки.

Ripple Factor Graph

Для двухполупериодного выпрямителя с конденсаторным входным фильтром приближения для полного размаха пульсаций напряжения, Vr (pp), и значения постоянного выходного напряжения фильтра, VDC, приведены в следующих уравнениях.Переменная Vp (rect) — это нефильтрованное пиковое выпрямленное напряжение. Обратите внимание, что при увеличении RL или C напряжение пульсации уменьшается, а напряжение постоянного тока увеличивается.

Ripple Factors Equation

Engineering Tutorial Ключевые слова:
  • пульсации напряжения
  • пульсации напряжения полуволнового выпрямителя
  • значение пульсаций напряжения диода
  • пульсации напряжения
  • расчет пульсаций полуволнового и двухполупериодного выпрямителя
  • пульсации выпрямителя
  • как минимизировать выпрямленное напряжение пульсаций
  • что такое пульсации выпрямителя
  • пульсации напряжения двухполупериодный выпрямитель
  • добавить конденсатор к нагрузке уменьшенное количество пиков постоянного напряжения

.

Пульсации напряжения в выпрямителях — Инструментальные средства

Пульсация напряжения Как вы видели, конденсатор быстро заряжается в начале цикла и медленно разряжается через RL после положительного пика входного напряжения (когда диод имеет обратное смещение). Изменение напряжения конденсатора из-за зарядки и разрядки называется напряжением пульсации. Обычно пульсация нежелательна; таким образом, чем меньше пульсация, тем лучше действие фильтрации, как показано на рисунке ниже.

rectifier-ripple-voltage

half-wave-rectifier-ripple-voltage

Рис. Напряжение полуволновой пульсации (синяя линия).

Для данной входной частоты выходная частота двухполупериодного выпрямителя вдвое больше, чем полуволнового выпрямителя, как показано на рисунке 1. Это упрощает фильтрацию двухполупериодного выпрямителя из-за более короткого времени между пиками. При фильтрации двухполупериодное выпрямленное напряжение имеет меньшую пульсацию, чем полуволновое напряжение при тех же значениях сопротивления нагрузки и конденсатора.Конденсатор разряжается меньше во время более короткого интервала между двухполупериодными импульсами, как показано на рисунке 2.

full-wave-rectifier-ripple-voltage

Рис. 1: Период двухполупериодного выпрямленного напряжения вдвое меньше периода полуволнового выпрямленного напряжения. Выходная частота двухполупериодного выпрямителя в два раза выше, чем у однополупериодного выпрямителя.

capacitor-filter-ripples

Рис. 2: Сравнение пульсаций напряжения для полуволнового и двухполупериодного выпрямленных напряжений с одним и тем же фильтрующим конденсатором и нагрузкой, полученных из одного и того же синусоидального входного напряжения.

Коэффициент пульсации

Коэффициент пульсации (r) указывает на эффективность фильтра и определяется как

.

ripple-factor

, где Vr (pp) — это напряжение пульсаций от пика до пика, а VDC — это постоянное (среднее) значение выходного напряжения фильтра, как показано на рисунке ниже. Чем ниже коэффициент пульсации, тем лучше фильтр. Коэффициент пульсаций можно снизить, увеличив емкость конденсатора фильтра или увеличив сопротивление нагрузки.

ripple-factor-graph

Для двухполупериодного выпрямителя с конденсаторным входным фильтром приближения для полного размаха пульсаций напряжения, Vr (pp), и значения постоянного выходного напряжения фильтра, VDC, приведены в следующих уравнениях.Переменная Vp (rect) — это нефильтрованное пиковое выпрямленное напряжение. Обратите внимание, что при увеличении RL или C напряжение пульсации уменьшается, а напряжение постоянного тока увеличивается.

ripple-factors-equation

.

Определение пульсаций напряжения источника питания и их влияние на реальный мир | ГеймерыNexus

Плохой блок питания может вызвать ряд проблем — на самом деле он может даже «взорваться»! и умереть. Другие проблемы включают плохое регулирование, реакцию на изменения нагрузки и низкую эффективность. Другое последствие — неустойчивые пульсации напряжения.

Сначала мы рассмотрим, что такое пульсации напряжения, затем, как они влияют на пользователей, и закончим тем, что объективно оценим пульсации напряжения.

Что такое пульсации напряжения?

Блоки питания обеспечивают питание, а в спецификации ATX требуются 12, 5 и 3.Выходы 3 вольта. В идеальном мире выходное напряжение было бы ровно 12, 5 и 3,3 В, но, к сожалению, это не так.

Отчасти из-за особенностей переключения современных блоков питания, шина 12 В не будет точно соответствовать 12 В. Вместо этого это может быть 12,12 В (что, кстати, разумно), и если посмотреть на высокоточный осциллограф, можно увидеть, что напряжение быстро скачет вверх и вниз. Например, он может прыгать между 12.10 и 12.14. Это называется пульсацией напряжения, поскольку она пульсирует, и измеряется от пика до пика на волне.

Если взять пример скачка напряжения с 12.10 по 12.14, источник питания будет описан как имеющий пульсации 40 мВ. На картинке ниже представлена ​​фотография осциллографа, измеряющего пульсации напряжения. Хороший источник питания будет держать напряжение под контролем с помощью саморегулирования.

(вверху: пульсации напряжения на O-scope. Источник: блог Corsair)

Влияние пульсаций напряжения

Теперь, когда мы знаем, что такое пульсации напряжения, важно иметь некоторое представление о том, почему они могут быть плохими.Первый эффект пульсации напряжения, который мы рассмотрим, — это долговечность компонентов, а второй — разгон.

Долговечность компонентов

Большинство компонентов на базовых уровнях конденсаторов имеют определенные допуски на пульсации напряжения. Превышение номинальных уровней пульсации конденсатора может привести к проблемам со стабильностью. Пульсация уменьшит срок службы компонентов, по крайней мере частично, из-за большего тепловыделения. В конденсаторах на жидкой основе выделяемое дополнительное тепло может ускорить испарение электролитов.При превышении номинального значения пульсации напряжения для конденсаторов может возникнуть дополнительный нагрев, но если уровни пульсаций напряжения значительно превышают номинальное значение для конденсатора, оно может даже «взорваться».

Хотя это крайний пример для дешевых блоков питания, он может стать реальностью. Точный эффект этого в реальных цифрах, к сожалению, не был хорошо протестирован (публично), но для справки правило Аррениуса гласит, что расчетный срок службы нетвердого электролитического конденсатора удваивается на каждые 10 ° C падения температуры. .Вырабатываемое дополнительное тепло также снижает эффективность компонентов (потеря мощности из-за тепла — обычное явление во всей электронике).

Влияние разгона

Еще одним результатом пульсаций напряжения может быть снижение разгонного потенциала. Хотя VRM на материнских платах и ​​видеокартах фильтруют напряжение как можно лучше, они не идеальны, и некоторая пульсация останется. При разгоне требуется определенное напряжение для поддержания разгона. Точное напряжение и тактовая частота варьируются от GPU к GPU (или CPU или RAM), но общие закономерности остаются.

Из-за пульсаций напряжения — напомню, что это небольшие и быстрые изменения напряжения — падение напряжения может привести к тому, что GPU не получит достаточного напряжения для поддержания стабильности на этой тактовой частоте. Это может привести к неправильной визуализации графического процессора, сбоям драйверов и общей нестабильности.

(Источник изображения: блог Corsair)

Пример

Это немного легче понять на примере.

Допустим, есть GPU с тактовой частотой 1.2 ГГц, а для стабильности требуется 1,212 В. Определим «потребность» в напряжении на чисто электрическом, аппаратном уровне; Под этим мы подразумеваем, что это не напряжение, вводимое пользователем в программу разгона, а напряжение, требуемое физическим оборудованием. Имейте это в виду.

В этом случае предположим, что имеется пульсация напряжения 50 мВ, что не редкость для 12 В в потребительском блоке питания. Поскольку для стабильности графическому процессору требуется 1,212 В, установка напряжения на 1,212 В приведет к нестабильности, поскольку пульсации напряжения будут снижать напряжение графического процессора, временами не имея достаточно высокого напряжения для поддержания его тактовой частоты.Так что вылетает. Чтобы исправить это, оверклокер должен поднять напряжение до тех пор, пока, несмотря на любые отклонения напряжения от пульсаций напряжения, которые уменьшаются модулями VRM, всегда будет напряжение 1,212 В. Повышение напряжения приводит к увеличению тепловыделения и снижению эффективности компонентов, что также приводит к увеличению запаса TDP графического процессора и теплового запаса. Пульсации напряжения также могут вызвать повышение напряжения до точки, при которой оно нестабильно для графического процессора, что приведет к дальнейшим ошибкам и чрезмерному нагреву.

Допуски пульсации напряжения

Поскольку мы рассмотрели, что такое пульсации напряжения и как они могут повлиять на компоненты ПК, важно также количественно оценить пульсации напряжения.

Хотя чрезмерная пульсация напряжения — это плохо, некоторое количество вполне нормально и нормально. Все блоки питания ATX имеют некоторую пульсацию напряжения просто из-за их конструкции. По этой причине в спецификации ATX есть ограничения на пульсации напряжения. Он варьируется от шины к рельсу из-за разницы напряжений на каждой шине. Спецификация ATX требует, чтобы 12 В имели максимальную пульсацию 120 мВ и 50 мВ для шин 3,3 и 5 В. Хотя это максимально допустимая пульсация напряжения, у многих, включая меня, есть свои стандарты.Обычно мне нравится видеть около 60 мВ для шины 12 В и 35 мВ для 3,3 и 5 В. Это увеличивает стоимость, но обеспечивает большую стабильность разгона.

Конденсаторы

и другие компоненты предназначены для того, чтобы выдерживать некоторые колебания напряжения, поскольку это неизбежное зло для современных блоков питания.

Заключительные слова

Пульсации напряжения — это отрицательный аспект регулирования и подачи электроэнергии, но в определенных пределах они допустимы. В чрезмерных количествах пульсации напряжения могут привести к более быстрому износу компонентов и даже снижению разгонного потенциала.Как уже было сказано, некоторые из них в порядке и учитываются в правильно разработанных компонентах. Чтобы избежать возможных проблем, вызванных пульсациями напряжения, мы рекомендуем покупать более качественный блок питания при использовании прецизионных компонентов.

— Майкл «Медведь» Кернс.

.

Выбираем конденсатор? Способность к пульсации тока имеет такое же значение, как Farads

Дерик Стивенс, KEMET Corporation

Выбор конденсаторов для развязки и фильтрации в силовых цепях может показаться основной задачей для разработчиков электроники. Однако правильное решение может существенно повлиять на надежность и долговечность, но осложняется тем фактом, что параметры имеют тенденцию меняться в зависимости от таких факторов, как температура и рабочая частота.Следует уделить должное внимание выбору конденсатора, используя технические ресурсы, которые теперь более широко доступны в Интернете, чтобы упростить и ускорить процесс.

Максимальный ток пульсации конденсатора

В схемах преобразования энергии, таких как источники питания переменного / постоянного тока, преобразователи постоянного / постоянного тока и даже звенья постоянного тока, необходимы емкостные фильтры для противодействия колебаниям, вызывающим нестабильность. Успех обычно проявляется в отсутствии шума на выходе питания постоянного тока и отсутствии помех, передаваемых в близлежащие схемы.

Рассматриваемые колебания накладываются на идеальные, стабильные формы сигнала. Помехи могут возникать из множества источников. Одним из распространенных источников шума является выпрямление переменного тока; на результирующий выход постоянного тока выпрямителя обычно накладывается некоторое количество исходного содержимого переменного тока. Регуляторы переключения всех типов создают определенную пульсацию при выполнении своей основной функции. Хороший дизайн обычно старается как можно больше уменьшить эту рябь, но полностью устранить ее невозможно.Как правило, конденсаторы размещаются в цепи для постоянного поглощения и разряда энергии, связанной с этими колебаниями, и, таким образом, минимизации пиков и провалов.

В результате этого действия конденсатор постоянно пропускает переменный ток. Этот ток называется пульсацией. Хотя ток пульсаций является неизбежным результатом выполнения конденсатором своей требуемой задачи, он вызывает нежелательный нагрев I2R, поскольку он проходит через эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), связанное с любым конденсатором.Если эффекты I2R превышают способность конденсатора рассеивать тепло, его температура может повыситься и, следовательно, отрицательно повлиять на надежность. По крайней мере, на срок службы компонентов может повлиять закон Аррениуса, который гласит, что срок службы уменьшается вдвое на каждые 10 ° C повышения рабочей температуры. Более сильный нагрев, превышающий указанную максимальную температуру, может разрушить конденсатор, вызывая высыхание или кипение жидкого электролита, растрескивание керамических конденсаторов или возгорание.Радиатор можно использовать для ограничения повышения температуры, если это позволяют габариты и вес. С другой стороны, расчет тока пульсаций и понимание свойств подходящих конденсаторов может помочь в достижении наиболее компактного и экономичного решения.

В таблице данных конденсатора указан номинальный ток пульсации, который в общих чертах описывает максимальную пульсацию, которую может выдержать устройство. Это можно использовать в качестве руководства при том понимании, что оно оценивается в контролируемых условиях.Они определены в таких стандартах, как EIA-809 или EIA / IS-535-BAAE, хотя в этих документах есть некоторая двусмысленность. Чтобы помочь инженерам понять проблемы, связанные с пульсациями тока, компания KEMET опубликовала в своей онлайн-технической библиотеке (ec.kemet.com) статью под названием Ripple Current Confusion, в которой подробно описаны эти стандарты и их применимость. Расхождения в измерениях допустимого пульсирующего тока не позволяют легко провести прямое сравнение характеристик пульсирующего тока конденсаторов различных производителей.Тем не менее, данные из таблицы полезны для сравнения продуктов одного производителя.

Расчет пульсаций напряжения и тока

Чтобы выбрать правильный конденсатор для входного фильтра импульсного регулятора, например, можно рассчитать емкость, необходимую для достижения желаемой пульсации напряжения, если известны рабочие условия регулятора. При вычислении емкости можно идентифицировать компонент-кандидат и определить ток пульсации на основе известного ESR.Этот пульсирующий ток должен быть в пределах способности конденсатора выдерживать пульсирующий ток, если устройство должно быть пригодным для использования. Именно здесь выбор может стать трудным, поскольку известно, что как ESR, так и емкость зависят от температуры, рабочей частоты и приложенного смещения постоянного тока.

Емкость можно рассчитать по формуле (из отчета TI Application Report SLTA055)

Где CMIN = минимальная требуемая емкость

IOUT = выходной ток

dc = рабочий цикл (обычно рассчитывается как dc = Vout / (Vin * Eff))

fSW = частота коммутации

VP (макс.) = Размах пульсаций напряжения

Предположим, например, регулятор с входом 12 В; Выход 5в; 2-амперный выход; КПД 85%; Переключение 400 кГц и допустимое входное пульсирующее напряжение 65 мВ:

Обратите внимание, что выбранное устройство должно обеспечивать это значение емкости при рабочей частоте регулятора 400 кГц.

Среднеквадратичное значение напряжения пульсаций от пика к пику можно рассчитать по формуле:

Vrms = Vpp * 1 / (2 * √2)

Ток пульсаций в конденсаторе можно рассчитать, применив закон Ома, если известно ESR конденсатора.

Предупреждение

Здесь необходимо учитывать изменчивость свойств конденсатора в зависимости от условий эксплуатации. Большинство инженеров понимают проблемы температурной стабильности диэлектриков класса II / III.Меньше всего понимают величину потери емкости из-за рабочей частоты и приложенного напряжения.

Напомним, что 19,22 мкФ, как было рассчитано ранее, — это емкость, необходимая при рабочей частоте регулятора 400 кГц. На этой частоте также необходимо знать ESR, чтобы рассчитать ток пульсаций.

Если выбран конденсатор с номинальной емкостью 22 мкФ и номинальным напряжением 16 В, как ближайшее стандартное значение выше 19,22 мкФ, фактическая емкость этого устройства будет равна 5.951 мкФ при 400 кГц, как показано на рисунке 1, а ESR составляет 3,328 мОм. Результирующие пульсации напряжения и тока можно рассчитать как 210 мВпик-пик / 74,23 мВ среднеквадр. И 22,3 А соответственно. Они значительно превышают целевое напряжение пульсаций и максимально допустимый ток пульсаций для конденсатора.

ripple current

Рисунок 1. Потери емкости в зависимости от частоты.

Стоимость моделирования

Каждый производитель компонентов класса II будет поддерживать моделирование поведения компонентов с учетом напряжения, температуры и частоты приложения.Онлайн-симулятор электрических параметров K-SIM от KEMET позволяет инженерам оценивать характеристики конденсаторов в различных условиях эксплуатации. он доступен в инженерном центре KEMET вместе с калькулятором пульсаций напряжения, упомянутым ранее, и другими инструментами и вспомогательной информацией, включая технические примечания и руководства по применению.

Используя K-SIM, инженеры могут быстро проанализировать один или несколько конденсаторов, которые могут подходить для приложения, над которым они работают. Среди различных функций K-SIM может отображать импеданс и ESR или емкость и напряжение в зависимости от рабочей частоты, а также прогнозировать повышение температуры в зависимости от тока и частоты пульсаций.Курсор на экране помогает обеспечить точное измерение. K-Sim также позволяет оценивать S-параметры конденсатора и получать модели SPICE и файлы STEP для интересующих компонентов.

С помощью этого инструмента был идентифицирован конденсатор X5R емкостью 47 мкФ, с тем же размером корпуса и номинальным напряжением, что и устройство 22 мкФ / 16 В, выбранное ранее. Значение емкости составляет 19,9 мкФ при 400 кГц под приложенным смещением постоянного тока и, таким образом, ограничивает размах пульсаций напряжения до 63 мВ. Следовательно, Vrms = 22,27 мВ. ESR этого конденсатора составляет 3.246 мОм при 400 кГц, предполагая, что ток пульсаций составляет 6,86 А, что ниже максимума для устройства.

Заключение

Проблема пульсаций тока может быть сложной задачей для анализа и точного прогнозирования в ожидаемых условиях работы схемы. При отсутствии контроля нагрев, вызываемый токами пульсаций, может отрицательно сказаться на сроке службы конденсатора. Тем не менее, правильная оценка пульсаций напряжения и тока жизненно важна, чтобы гарантировать, что силовая цепь, такая как импульсный стабилизатор, будет обеспечивать требуемые характеристики в течение предполагаемого срока службы.Онлайн-инструменты и информация предоставляют ценную помощь в вычислении необходимой емкости и ускорении выбора компонентов.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *