انواع فیلترهای پل دیودی در طراحی منبع تغذیه

انواع فیلترهای پل دیودی در طراحی منبع تغذیه

استفاده از برق شهر و تبدیل آن به ولتاژ dc در بسیاری از پروژه های عملی کاربرد دارد. مداری که عموماً استفاده می شود شامل یک ترانسفورماتور کاهنده یک پل دیود و طبقه فیلتر است. (شکل زیر).

در مدار نشان داده شده طبقه فیلتر در واقع یک خازن ۱uF است. طبقه فیلتر می تواند ساختار های مختلفی داشته باشد. برای مقایسه هر کدام از آنها شکل موج خروجی را برای هر ساختار با بار عمومی ثابت رسم می کنیم. ابتدا ساده تری ساختار را در نظر می گیریم:

در این ساختار همانطور که مشاهده می‌شود ولتاژ خروجی رو این سفر ولتاژ موسسه امام است و به نسبتاً بالایی دارد که با زیاد شدن جریان خروجی بار بیشتر می‌شود. بسته به فرکانس خروجی امپدانس سلف تغییر کرده و جریان خروجی تغییر می‌کند. در حالتی که بخواهیم بیشترین توان مقاومت بار برسد امپدانس سلف باید با امپدانس بار برابر باشد. شکل نشان داده شده با فرض برابری امپدانس سلف با امپدانس بار است.

در ساختار دوم از یک خازن استفاده شده است. این خازن باعث می‌شود تا ولتاژ متوسط خروجی ما در حد ولتاژ ماکسیموم شکل موج ورودی باشد. در این حالت میزان ریپل نسبت به حالت قبل کمی بهتر شده و سطح برداشت نیز بالاتر رفته است.

در ساختار سوم سلف سری با مقاومت با شده و بنابراین ریپل خروجی پایین تر آمده است. سطح ولتاژ مانند ساختار دوم بوده و تغییر چندانی ندارد. خروجی ولتاژ در این حالت را می توانید در شکل زیر مشاهده کنید.

در ساختار سوم که می‌توان گفت بهبود یافته ساختار دوم است از سلف بعد از خازن استفاده شده است. سطح ولتاژ خروجی تقریباً نصف ولتاژ ماکسیمم ورودی است و ریپل آن نسبت به حالت های قبل بسیار کمتر شده است. تنها ویژگی این ساختار پایین بودن سطح ولتاژ خروجی به همراه ریپل کمتر است.

شکل موج خروجی در این حالت را می توانید در زیر مشاهده کنید.

در ساختار چهارم خازن در خروجی قرار گرفته و سلف به قبل از آن منتقل شده است.

شکل موج خروجی در این حالت به صورت زیر است. به محور زمان و رنج زمانی شبیه سازی شده دقت کنید. در این حالت حدود ۱۰۰ میلی ثانیه طول می کشد تا خروجی به حالت نهایی خود برسد. همانطور که پیش بینی میشد در این حالت ریپل کمتر و سطح ولتاژ خروجی نیز پایین تر آمده است.

در ساختار پنجم حالتهای قبل با هم ترکیب شده است و تمام ویژگی های مناسب فیلتر های قبل در این ساختار جمع شده است. سطح ولتاژ خروجی برابر ماکسیمم ولتاژ ورودی بوده و ریپل بسیار پایینی مشاهده می شود. 

استفاده از این ساختار باعث می شود ریپل پایین داشته باشیم ولی در عین حال در برخی کاربردها نیاز داریم علاوه بر فیلتر کردن، ولتاژ خروجی را نیز پایین بیاوریم. بنابراین اینطور نیست که فیلترهای قبلی هیچ استفاده ای نداشته باشند.

فیلترهای معرفی شده پرکاربردترین فیلتر ها در تبدیل ولتاژ AC به DC می باشند. به وسیله این فیلترها می‌توان از ولتاژ ac تغذیه ورودی یک ولتاژ dc به دست آورد. در برخی از پروژه ها ما نیاز به دو ولتاژ مثبت و منفی داریم. استفاده از ترانس با سر وسط می تواند راه حل مشکل ما باشد. در این حالت می توان از مدار زیر استفاده کرد.

حال فرض کنید که ترانس سر وسط در اختیار نیست. می‌توان از ایده زیر برای داشتن ولتاژ مثبت و منفی برابر استفاده کرد. در این حالت باید به ولتاژ قابل تحمل خازن های استفاده شده توجه داشت. شماتیک زیر توضیحات بیشتری درباره این روش به دست آوردن ولتاژ مثبت و منفی از تغذیه برق شهر می دهد.

شکل موج خروجی این مدار به صورت زیر خواهد بود:

همانطور که می بینید ولتاژ ورودی به زیبایی به دو قسمت مثبت و منفی تبدیل شده است. مقاومت ۱۰۰۰۰ مگااهم برای شبیه سازی مدارباز بودن این قسمت گذاشته شده است. البته توجه کنید که چون بار اهمی در اینجا قرار نداده ایم در ولتاژ خروجی ریپلی مشاهده نمی شود.