Блоки питания обычно собираются по схеме: выпрямитель → фильтр → стабилизатор. Однако в ряде случаев можно обойтись без фильтра, зачастую наиболее громоздкого узла.
Известно, что конденсатор, включенный в цепь переменного напряжения, сдвигает фазу тока на 90º. Фазосдвигающий конденсатор часто используют, например, при подключении трехфазных электродвигателей к однофазной сети.
Ниже показана форма выпрямленного трехфазного напряжения (вверху). Видно, что здесь отсутствуют «провалы» напряжения до нулевого уровня, которые характерны для однофазного выпрямителя (внизу).
Ёмкостный фильтр сглаживает пульсации выходного напряжения однофазных выпрямителей, создавая приемлемое значение его постоянной составляющей, причем, чем больше емкость конденсаторов фильтра, тем меньше пульсации и, соответственно, больше постоянная составляющая. В трехфазных же выпрямителях благодаря взаимному «перекрытию» полуволн напряжения, постоянная составляющая больше, что во многих случаях позволяет обойтись без ёмкостного фильтра.
Можно для снижения пульсаций выпрямленного напряжения снабдить обычный мостовой выпрямитель дополнительной «ёмкостной» ветвью C1VD1VD4 (схема ниже).
Поскольку в конденсаторе ток опережает напряжение на 90°, то С1 в данной схеме выполняет фазосдвигающую роль, обеспечивая смещение полуволн выпрямленного напряжения таким образом, чтобы «провалы» между ними значительно уменьшились (подобно трёхфазному выпрямителю).
Оказалось, что такое решение для большинства маломощных потребителей электроэнергии позволяет вообще отказаться от сглаживающего конденсатора со стороны нагрузки – достаточно просто стабилитрона VD7. В результате габариты выпрямителя значительно уменьшаются.
Выходное напряжение выпрямителя стабилизирует стабилитрон VD7. Расчет сопротивления резистора и ёмкости конденсатора подобно обычному расчёту балластного сопротивления стабилитронов.
На схеме приведены конкретные значения сопротивления резисторов и емкость конденсатора для стабилизированного выпрямителя 5 В при токе нагрузки не более 20 мА с входным напряжением питания 230 В.
Конденсатор (или несколько параллельно включенных для получения необходимой емкости) должен быть рассчитан на работу в цепях переменного тока. Здесь, например, подойдут К73-17.
Для сравнения и оценки эффективности данного метода, ниже приведены две осциллограммы: первая без фазосдвигающего конденсатора, а вторая с ним.
Описанный выпрямитель можно применять там, где необходимо уменьшить габариты электронного устройства, поскольку размеры оксидных конденсаторов емкостного фильтра, как правило, больше, чем фазосдвигающего конденсатора сравнительно небольшой ёмкости.
Выигрыш в габаритах особенно заметен в сетевых выпрямителях, когда выпрямляют непосредственно сетевое напряжение без использования понижающего трансформатора.
Еще одно преимущество предложенного варианта состоит в том, что потребляемый ток практически постоянен (в случае постоянной нагрузки), тогда как в выпрямителях с емкостным фильтром в момент включения пусковой ток значительно превышает установившееся значение (вследствие зарядки конденсаторов фильтра), что в некоторых случаях нежелательно.
Описанный метод можно применять и с последовательными стабилизаторами напряжения, имеющими постоянную нагрузку, а также с нагрузкой, не требующей стабилизации напряжения.