Выпрямители и сглаживающие конденсаторы

После диодного выпрямителя напряжение остаётся пульсирующим. Сглаживающий конденсатор заряжается, когда мгновенное входное напряжение выше напряжения на нём, а между вершинами отдаёт энергию нагрузке. Чем больше ток нагрузки и время между подзарядами, тем сильнее провал.

Поэтому конденсатор не превращает выпрямитель в идеальный DC-источник. Реальные пульсации зависят от ёмкости, частоты, тока, ESR и сопротивления источника/диодов. Более крупная ёмкость уменьшает провал, но увеличивает импульсный зарядный ток.

• После полного мостового выпрямителя частота подзаряда конденсатора вдвое выше частоты входной сети/синуса.
• Грубая оценка пульсаций: ΔV≈Iload/(C·fripple).
• ESR создаёт дополнительную пульсацию и нагрев от импульсного тока.
• Большая ёмкость повышает пусковой ток и нагрузку на диоды/трансформатор.
• Рабочее напряжение конденсатора выбирают выше максимального пикового напряжения с запасом.

Между пиками конденсатор разряжается почти линейно при примерно постоянном токе нагрузки, откуда получается простая формула ΔV≈IΔt/C. При полном выпрямлении Δt≈1/(2fline). Она даёт быструю инженерную оценку до более точного моделирования.

Нагрев электролита зависит от RMS-пульсационного тока и ESR. Поэтому замена «такой же ёмкости и напряжения» может оказаться плохой, если новый конденсатор имеет недостаточный ток пульсаций rating.

Используйте низковольтный AC-стенд с мостом и конденсаторами, рассчитанными на напряжение.

1. Измерьте форму напряжения после моста без конденсатора.
2. Добавьте C и измерьте DC-уровень и ΔVpp под небольшой нагрузкой.
3. Увеличьте нагрузку и сравните рост пульсаций с формулой.
4. Замените C на другую ёмкость и повторите.
5. Проверьте температуру конденсатора и диодов в пределах безопасного режима.

• Подбирать конденсатор только по ёмкости без ток пульсаций и ESR.
• Забывать, что после моста конденсатор заряжается к пиковому, а не RMS-напряжению.
• Увеличивать ёмкость без оценки пускового тока.
• Считать пульсации только «нехваткой ёмкости», игнорируя ESR и состояние диодов.

Если пульсации выросли со временем, сравнивают нагрузку, фактическую ёмкость, ESR и частоту подзаряда. Пульсация с половинной ожидаемой частотой может указывать на потерю одной полуволны выпрямления.

Сглаживание — обмен энергией между конденсатором и нагрузкой. Формула пульсаций связывает ёмкость, ток и частоту, а реальный выбор добавляет ESR, ток пульсаций и пусковые режимы.