2.1.2. Входной фильтр

К первичному источнику питания обычно подключается большое число различных потребителей, электроэнергии. Для уменьшения их взаимного влияния на вход ИСН включают сгла­живающие L_вхC_вх фильтры (рис. 2.4, а).

а б

Рис. 2.4. Схема входного фильтра импульсных стабилизаторов,

диаграммы напряжений и токов

Характерными особенностями работы такого входного фильтра являются небольшое переменное напряжение на дросселе L_вх (примерно на порядок меньше переменного напряжения на дросселях L) и большие скачкообразные изменения тока i_C (кроме случая работы входного фильтра на стабилизаторы повышающего типа), протекающего через конденсатор С_вх.

На рис. 2.4, б приведены временные диаграммы изменений токов и напряжения для элементов входного фильтра при его ра­боте на ИСН понижающего и инвертирующего типов. На интер­вале времени T через регулирующий транзистор стабилизатора протекает ток i_н, равный сумме тока дросселя i_L и разрядного тока i_C конденсатора. При закрытом регулирующем транзисторе ИСН (интервал времени (1)T) ток i_н = 0 и происходит заряд конденса­тора током дросселя i_L = i_C. Скачкообразные изменения напряжения на конденсаторе обусловлены его эквивалентным последователь­ным сопротивлением r_п.

2.1.3. Методика и пример расчета фильтра

Проведем расчет входного фильтра по следующим исходным данным: напряжение питания U_п = 27 В, пределы его изменения U_п = ⁷₄ В; среднее значение тока нагрузки за время Т I_н.ср = 1,5 А; изменение тока через дроссель ИСН при открытом регулирующем транзисторе I_L = 0,2 А; частота преобразования f_п = 20 кГц; мини­мальная и максимальная относительные длительности открытого состояния регулирующего транзистора _min = 0,6 и _max = 0,9; допус­тимая амплитуда пульсации тока, протекающего через дроссель входного фильтра, I_L = 0,05 А.

1. Определяем действующий ток через конденсатор C_вх:

I_Cд = I_н.ср [_min(1  _min)]^1/2 = 1,5 [0,6(1  0,6)]^1/2  0,73 А.

2. С учетом f_п = 20 кГц и U_C max> U_п max = 34 В выбираем кон­денсатор типа К52-1-68 мкФ  50 В с допустимым импульсным то­ком I_C1 max = 4 А и действующим током I_C1д = 0,25 А, сопротивле­нием r_п = 0,12 Ом и фактической емкостью на частоте f_п = 20 кГц

С_вх1 = 0,6  68  40 мкФ.

3. Определяем число конденсаторов:

N_C = I_Cд / I_C1д = 0,73/0,25  3 шт.

4. Вычисляем амплитуду импульсного тока через один кон­денсатор на интервалах времени T и (1-)Т:

I_{C max} [T] = [I_н.ср (1  _min) + I_L] / N_C = [1,5(1  0,6) + 0,2] / 3 = = 0,27 A < I_{C max} =4 A;

I_{C max} [T] = I_н.ср _max / N_C = 1,5  0,9/3 = 0,45 A < 4 A.

5. Амплитуда пульсации напряжения на конденсаторе:

U_C = 0,5 I_н.ср [r_п/N_C + _min (1  _min) / C_вх1 f_п N_C] = = 0,5  1,5  [0,12/3 + 0,6 (1  0,6) / (40  10^6  20  10³  3)] = 0,1 B.

6. Вычисляем индуктивность дросселя:

L_вх = U_C / (2f_пI_L) = 0,1 / (6,28  20  10³  0,05)  0,016 мГн.

В стабилизаторах повышающего типа (см. рис. 2.2) при больших индуктивностях дросселя L, который постоянно подклю­чен к источнику питания U_п, входной ток может не превышать до­пустимого значения и тогда входной фильтр можно исключить. Приближенный расчет входного фильтра может быть проведен по изложенной методике после замены в формулах I_н.ср на (I_н.ср  I_н0), где I_н0  постоянная составляющая тока нагрузки.