ФИЛЬТР ПИТАНИЯ
от admin
«Кондиционирование» сетевого питания давно уже стало традицией при прослушивании аудиозаписей на аппаратуре высокого класса. Влияние качества сетевого напряжения на качество звуковоспроизведения способен заметить даже неискушенный слушатель, не обладающий музыкальным слухом. Наличие огромного количества помех в современных электросетях нетрудно объяснить — с каждым годом увеличивается количество различной электронной аппаратуры и различного электроинструмента, которые собственно и вносят искажения в бытовые сети электропитания. К сетевым помехам, вызванным нарушением параметров сети относятся: помехи низких и высоких частот — некоторые из них не слышны на слух, но вносят заметные искажения при питании звуковоспроизводящего тракта в целом, например щелчки при включении холодильника; искажение формы переменного напряжения; фазовые сдвиги (перекос фаз) и т.
Итак, рассмотрим принципиальную схему первого каскада фильтра питания и займемся подбором деталей. Прежде всего нам понадобится варистор (нелинейное сопротивление) на максимальное напряжение 300-600вольт.
Обычно варисторы маркируются цифрами,которые и обозначают максимальное напряжение. Далее следует подобрать элементы для RLC фильтра.
Резисторы керамические с мощностью рассеивания не менее 5Вт подбирают по наименее меньшему разбросу сопротивления (чтобы в обоих плечах схемы не было перекоса).
Дроссели фильтра могут быть на тороидальном каркасе — ферритовом кольце, где взаимная компенсация магнитных потоков уравновешивается
или на ферритовых каркасах типа »гантель» которые тоже работают неплохо и продаются в виде уже готового изделия-дросселя (нужно только подобрать по индуктивности и толщине намотанного проводника-для тока не менее 1А).
Конденсатор фильтра можно взять керамический или пленочный (на нужное напряжение), хотя лучше всего работают специализированные помехоподавляющие конденсаторы, желательно с пометкой X1 на корпусе (применяются для фильтрации в промышленной аппаратуре специального назначения).
Токовый размыкатель Sc (пробка-автомат) можно взять от китайского сетевого фильтра, хотя я в большей степени склоняюсь к применению старых добрых предохранителей.
Его основная задача — устранение (задержка) постоянной составляющей тока, что является причиной сильного гудения сетевого трансформатора (из-за насыщения магнитопровода) и слышимого фона переменного тока при прослушивании музыкальных произведений. Схема этого каскада фильтра заимствована из американского усилителя Lamm M1.1 и разработана В.Шушуриным. Данная схема расчитана на применение сетевого трансформатора мощностью 300Вт, если блок питания вашего изделия имеет большую мощность, то придется подобрать большую емкость электролитических конденсаторов.
Диоды КД226Д для этой части схемы следует подбирать исходя из одинакового сопротивления перехода (хотя такие мелочи можно и не учитывать).
На сетевой шнур фильтра питания желательно закрепить ферритовый фильтр-защелку для устранения мелких ВЧ помех.
Напоследок остается добавить, что данный простейший фильтр сетевых помех может быть как встроенным в самодельный усилитель, так и использоваться в качестве выносного стационарного агрегата. Можно например собрать в одном корпусе три канала фильтров и вывести их на раздельные качественные розетки на задней панели корпуса — для питания предусилителя, оконечного усилителя,и собственно воспроизводящего устройства (CD транспорта или проигрывателя виниловых дисков).
Корпус можно оформить в общей (с остальными компонентами системы) стилистике, а на переднюю панель установить старинный вольтметр для контроля входного напряжения. Удачных вам конструкций! Автор: Электродыч.
Originally posted 2019-06-15 01:29:07. Republished by Blog Post Promoter
Фильтр питания в категории «Электрооборудование»
Сетевой фильтр питания 3 розетки 4USB + 1 Type-C удлинитель
На складе в г.
Ровно
Доставка по Украине
396 грн
Купить
Сетевой фильтр питания Power Socket F06U 6 розеток 4USB + 1 Type-C удлинитель
На складе
Доставка по Украине
496 грн
Купить
Фильтр питания ProLogix (PRS-075P6-18G) 0.75 мм, 6 розеток, 1.8 м, серый
На складе в г. Черновцы
Доставка по Украине
200 грн
Купить
Сетевой фильтр питания Power Socket F05U 5 розеток и 3 USB 2м, сетевой удлинитель розеток
На складе в г. Днепр
Доставка по Украине
550 грн
Купить
PFM790 Внешний HDCVI фильтр питания
Доставка по Украине
287 грн
Купить
Сетевой фильтр питания ColorWay CW-CHE64B, 6 розеток/4USB Black (CW-CHE64B)
Доставка по Украине
763 — 984 грн
от 14 продавцов
903 грн
Купить
Сетевой фильтр питания 2E 2E-U05VESM3W
Доставка по Украине
411 — 517 грн
от 15 продавцов
520 грн
468 грн
Купить
Сетевой фильтр питания ColorWay 4 розетки/4USB White 1.
8м (1QC3.0 + 3 AUTO ID) (CW-CHU44QW)
Доставка по Украине
763 — 984 грн
от 17 продавцов
903 грн
Купить
Сетевой фильтр питания APC Essential SurgeArrest 5 outlets ++ 2 USB (5V, 2.4A) (PM5U-RS)
Доставка по Украине
1 674 — 2 125 грн
от 14 продавцов
1 824 грн
Купить
Сетевой фильтр питания PowerPlant 5 м, 5 розеток, евростандарт (JY-1056/5) (PPSA10M50S5)
Доставка по Украине
375 — 504 грн
от 19 продавцов
490 грн
Купить
Блок питания для светодиодных лент OEM DC12 360W 30А STR-360 узкий (EMS фильтр)
На складе в г. Одесса
Доставка по Украине
581 грн
Купить
Фильтр питания Emos P0323R 3 розетки 1.5мм2 3м White AG, код: 6859788
Доставка по Украине
630 грн
439.99 грн
Купить
Фильтр питания Emos PC1425 с выключателем 4 розетки 5м Black AG, код: 6859810
Доставка по Украине
910 грн
638.99 грн
Купить
Фильтр питания Emos P1623 с выключателем 6 розеток 3м White AG, код: 6859805
Доставка по Украине
620 грн
435.
99 грн
Купить
Фильтр питания Emos P1325 с выключателем 3 розетки 5м White MN, код: 6859796
Доставка по Украине
810 грн
568.99 грн
Купить
Смотрите также
Фильтр питания Emos P1323 с выключателем 3 розетки 3м White MN, код: 6859794
Доставка по Украине
570 грн
398.99 грн
Купить
Фильтр питания Emos P0421 4 розетки 1.5м White MN, код: 6859790
Доставка по Украине
370 грн
258.99 грн
Купить
Фильтр питания Emos P0325 3 розетки 5м White MN, код: 6859789
Доставка по Украине
750 грн
527.99 грн
Купить
Фильтр питания автомобильный F7A-N
На складе в г. Одесса
Доставка по Украине
357 грн
Купить
Фильтр питания Emos P1325 с выключателем 3 розетки 5м White KS, код: 6859796
Доставка по Украине
810 грн
568.99 грн
Купить
Фильтр питания Emos P0323 3 розетки 3м White KS, код: 6859787
Доставка по Украине
460 грн
319.
99 грн
Купить
Фильтр питания Emos P1323 с выключателем 3 розетки 3м White IX, код: 6859794
Доставка по Украине
570 грн
398.99 грн
Купить
Фильтр питания Emos P0423 4 розетки 3м White IX, код: 6859791
Доставка по Украине
490 грн
343.99 грн
Купить
Фильтр питания Emos P1323 с выключателем 3 розетки 3м White SC, код: 6859794
Доставка по Украине
570 грн
398.99 грн
Купить
Фильтр питания Emos P0325 3 розетки 5м White SC, код: 6859789
Доставка по Украине
750 грн
527.99 грн
Купить
Фильтр питания Emos P1325 с выключателем 3 розетки 5м White TV, код: 6859796
Доставка по Украине
810 грн
568.99 грн
Купить
Фильтр питания Emos P0421 4 розетки 1.5м White TV, код: 6859790
Доставка по Украине
370 грн
258.99 грн
Купить
Фильтр питания Emos P0323R 3 розетки 1.5мм2 3м White KB, код: 6859788
Доставка по Украине
630 грн
439.
99 грн
Купить
Фильтр питания Emos P0423 4 розетки 3м White ZZ, код: 6859791
Доставка по Украине
490 грн
343.99 грн
Купить
Источники питания, схемы фильтров
- Изучив этот раздел, вы должны уметь:
- Опишите принципы работы накопительного конденсатора в базовых источниках питания.
- • Действие накопительного конденсатора.
- • Влияние накопительного конденсатора на постоянную составляющую.
- • Влияние накопительного конденсатора на ток диода.
- Опишите принципы работы фильтра нижних частот, используемого в базовых источниках питания.
- • Фильтры RC.
Компоненты фильтра
Типовую схему фильтра источника питания можно лучше понять, разделив схему на две части: накопительный конденсатор и фильтр нижних частот. Каждая из этих частей способствует удалению оставшихся импульсов переменного тока, но по-разному.
Накопительный конденсатор
Рис. 1.2.1 Накопительный конденсатор
На рис. 1.2.1 показан электролитический конденсатор, используемый в качестве накопительного конденсатора, названного так потому, что он действует как временное хранилище выходного тока источника питания. Выпрямительный диод подает ток для зарядки накопительного конденсатора в каждом цикле входной волны. Накопительный конденсатор большой электролитический, обычно на несколько сотен, а то и на тысячу и более микрофарад, особенно в БП сетевой частоты. Это очень большое значение емкости требуется, потому что накопительный конденсатор при зарядке должен обеспечивать постоянный ток, достаточный для поддержания стабильного выхода блока питания при отсутствии входного тока; то есть в промежутках между положительными полупериодами, когда выпрямитель не проводит.
Действие накопительного конденсатора на полупериодную выпрямленную синусоиду показано на рис. 1.2.2. Во время каждого цикла напряжение переменного тока на аноде выпрямителя увеличивается до Vpk.
В какой-то момент, близкий к Vpk, анодное напряжение превышает катодное, выпрямитель проводит ток и течет импульс тока, заряжая накопительный конденсатор до значения Vpk.
Рис. 1.2.2 Действие накопительного конденсатора
Как только входная волна проходит через Vpk, напряжение на аноде выпрямителя падает ниже напряжения конденсатора, выпрямитель смещается в обратном направлении и проводимость прекращается. Цепь нагрузки теперь питается только от накопительного конденсатора (отсюда необходимость в большом конденсаторе).
Конечно, несмотря на то, что накопительный конденсатор имеет большую емкость, он разряжается, питая нагрузку, и его напряжение падает, но ненамного. В какой-то момент во время следующего цикла сетевого ввода входное напряжение выпрямителя становится выше напряжения на частично разряженном конденсаторе, и резервуар снова заряжается до пикового значения Vpk.
Пульсации переменного тока
Величина, на которую накопительный конденсатор разряжается в каждом полупериоде, определяется током, потребляемым нагрузкой.
Чем выше ток нагрузки, тем больше разряд, но при условии, что потребляемый ток не является чрезмерным, количество переменного тока, присутствующего на выходе, значительно снижается. Обычно размах оставшегося переменного тока (называемого пульсацией, поскольку волны переменного тока теперь значительно уменьшены) будет составлять не более 10% выходного напряжения постоянного тока.
Выход постоянного тока выпрямителя без накопительного конденсатора составляет либо 0,637 Впик для двухполупериодного выпрямителя, либо 0,317 Впик для однополупериодного. Добавление конденсатора увеличивает уровень постоянного тока выходной волны почти до пикового значения входной волны, как видно из рис. 1.1.9.
Чтобы получить наименьшую пульсацию переменного тока и самый высокий уровень постоянного тока, было бы разумно использовать накопительный конденсатор максимально возможной емкости. Однако есть загвоздка. Конденсатор обеспечивает ток нагрузки большую часть времени (когда диод не проводит ток).
Этот ток частично разряжает конденсатор, поэтому вся энергия, потребляемая нагрузкой в течение большей части цикла, должна компенсироваться за очень короткое оставшееся время, в течение которого диод проводит ток в каждом цикле.
Формула, связывающая заряд, время и ток, гласит:
Q = It
Заряд (Q) конденсатора зависит от количества тока (I), протекающего за время (t).
Следовательно, чем короче время зарядки, тем больший ток должен обеспечить диод для его зарядки. Если конденсатор очень большой, его напряжение почти не будет падать между зарядными импульсами; это создаст очень небольшую пульсацию, но потребует очень коротких импульсов гораздо более высокого тока для зарядки накопительного конденсатора. И входной трансформатор, и выпрямительные диоды должны обеспечивать этот ток. Это означает использование более высокого номинального тока для диодов и трансформатора, чем это было бы необходимо при меньшем накопительном конденсаторе.
Следовательно, есть преимущество в уменьшении емкости накопительного конденсатора, что позволяет увеличить имеющиеся пульсации, но это можно эффективно устранить, используя фильтр нижних частот и ступени регулятора между накопительным конденсатором и нагрузкой.
Это влияние увеличения размера резервуара на ток диода и трансформатора следует учитывать при любых операциях по техническому обслуживанию; замена накопительного конденсатора на больший номинал, чем в оригинальной конструкции, «для уменьшения шума сети» может показаться хорошей идеей, но может привести к повреждению выпрямительного диода и/или трансформатора.
При двухполупериодном выпрямлении характеристики накопительного конденсатора по устранению пульсаций переменного тока значительно лучше, чем при однополупериодном, при том же размере накопительного конденсатора амплитуда пульсаций примерно вдвое меньше, чем при однополупериодных источниках питания, потому что при двухполупериодном цепей периоды разрядки короче, поскольку накопительный конденсатор перезаряжается с удвоенной частотой по сравнению с полуволновой конструкцией.
Фильтры нижних частот
Несмотря на то, что пригодный для использования источник питания может быть изготовлен с использованием только накопительного конденсатора для устранения пульсаций переменного тока, обычно необходимо также включать фильтр нижних частот и/или ступень регулятора после накопительного конденсатора для устранения любых оставшихся Пульсации переменного тока и улучшение стабилизации выходного напряжения постоянного тока в условиях переменной нагрузки.
Рис. 1.2.3 LC-фильтр
Рис. 1.2.4 RC-фильтр
Для удаления пульсаций, остающихся после накопительного конденсатора, можно использовать LC- или RC-фильтры нижних частот. LC-фильтр, показанный на рис. 1.2.3, более эффективен и дает лучшие результаты, чем RC-фильтр, показанный на рис. для эффективной работы в диапазоне частот от 50 до 120 Гц должны быть большие и дорогие ламинированные или тороидальные сердечники. Однако в современных конструкциях, использующих импульсные источники питания, где любые пульсации переменного тока имеют гораздо более высокие частоты, можно использовать катушки индуктивности с ферритовым сердечником гораздо меньшего размера.
Фильтр нижних частот пропускает низкие частоты, в данном случае постоянный ток (0 Гц), и блокирует более высокие частоты, будь то 50 или 120 Гц в базовых схемах или десятки кГц в конструкциях с переключаемым режимом.
Реактивное сопротивление (X C ) конденсатора в любом из фильтров очень низкое по сравнению с сопротивлением резистора R или реактивным сопротивлением дросселя X L на частоте пульсаций.
В конструкциях RC сопротивление R должно быть довольно низким, поскольку через него должен проходить весь ток нагрузки, может быть несколько ампер, выделяя значительное количество тепла. Таким образом, типичное значение должно составлять 50 Ом или меньше, и даже при этом значении обычно необходимо использовать большой проволочный резистор. Это ограничивает эффективность фильтра, так как соотношение между сопротивлением R и реактивным сопротивлением конденсатора не превышает примерно 25:1. Тогда это будет типичным коэффициентом уменьшения амплитуды пульсаций. При включении фильтра нижних частот на резисторе теряется некоторое напряжение, но этот недостаток компенсируется лучшими характеристиками пульсаций, чем при использовании только накопительного конденсатора.
LC-фильтр работает намного лучше, чем RC-фильтр, поскольку можно сделать соотношение между X C и X L намного больше, чем соотношение между X C и R. Обычно соотношение в LC-фильтре может быть 1:4000, что дает гораздо лучшее подавление пульсаций, чем фильтр RC.
Кроме того, поскольку сопротивление катушки индуктивности по постоянному току в LC-фильтре намного меньше, чем сопротивление R в RC-фильтре, проблема выделения тепла большим постоянным током в LC-фильтрах значительно снижается.
С помощью комбинированного накопительного конденсатора и фильтра нижних частот можно удалить 95% или более пульсаций переменного тока и получить выходное напряжение, близкое к пиковому напряжению входной волны. Однако простой блок питания, состоящий только из трансформатора, выпрямителя, резервуара и фильтра нижних частот, имеет некоторые недостатки.
Рис. 1.2.5 Адаптер постоянного тока
Выходное напряжение блока питания имеет тенденцию к падению по мере увеличения тока, потребляемого с выхода. Это связано с:
а. Накопительный конденсатор разряжается сильнее с каждым циклом.
б. Большее падение напряжения на резисторе или дросселе в фильтре нижних частот при увеличении тока.
Эти проблемы можно в значительной степени решить, включив каскад регулятора на выходе источника питания, как описано в Модуле 2 источников питания.
адаптеры постоянного тока, поставляемые со многими электронными продуктами. Наиболее распространенные версии включают трансформатор, мостовой выпрямитель и иногда накопительный конденсатор. Дополнительная фильтрация и регулирование/стабилизация обычно выполняются в цепи, питаемой адаптером.
Как можно улучшить выходную мощность базового источника питания с помощью цепей регулирования, объясняется в Модуле 2 источников питания
Проектирование выходных фильтров второго каскада для импульсных источников питания
к Кевин Томпсет Скачать PDF
В наши дни импульсные источники питания почти повсеместно распространены и используются во всех электронных устройствах. Их ценят за небольшие размеры, низкую стоимость и эффективность. Однако у них есть главный недостаток, заключающийся в том, что их выходы могут быть шумными из-за высоких переходных процессов переключения.
В этой статье в качестве примеров схем будут использоваться повышающие схемы, но результаты будут непосредственно применимы к любому преобразователю постоянного тока. На рисунке 1 показаны основные формы сигналов в повышающем преобразователе в режиме постоянного тока (CCM).
;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;lt;img src=’https:/ /www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/designing-second-stage-output-filters-for-switching-power-supplies/figure1.png?w=435 ‘ alt =’Рисунок 1’&amp ;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;gt;
Рис. 1. Основные формы сигналов напряжения и тока для повышающего преобразователя.
Проблема, которая делает выходной фильтр столь важным для повышающего или любой другой топологии с режимом прерывистого тока, заключается в быстром нарастании и спаде тока во времени в переключателе B. Это приводит к возбуждению паразитных индуктивностей в переключателе, компоновке, и выходные конденсаторы. В результате в реальном мире выходные сигналы больше похожи на рисунок 2, чем на рисунок 1, даже при хорошей компоновке и керамических выходных конденсаторах.
;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;lt;img src=’https:/ /www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/designing-second-stage-output-filters-for-switching-power-supplies/figure2.png?w=435 ‘ alt =’Рисунок 2’&amp ;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;gt;
Рис. 2. Типичные измеренные формы сигнала повышающего преобразователя в DCM.
Пульсация переключения (на частоте переключения), вызванная изменением заряда конденсатора, очень мала по сравнению с незатухающим звоном выходного ключа, который мы будем называть выходным шумом. Как правило, этот выходной шум находится в диапазоне от 10 МГц до 100+ МГц, что значительно превышает собственную резонансную частоту большинства керамических выходных конденсаторов.
Поэтому добавление дополнительных конденсаторов мало что сделает для ослабления шума.
Существует несколько разумных вариантов фильтров различных типов для фильтрации этого вывода. Эта статья проиллюстрирует каждый тип фильтра и даст пошаговый процесс проектирования. Уравнения не являются строгими, и для их некоторого упрощения сделаны некоторые разумные предположения. Требуется еще некоторая итерация, поскольку каждый компонент будет влиять на значения других. Инструменты проектирования ADIsimPower решают эту проблему, используя линеаризованные уравнения для значений компонентов, таких как стоимость или размер, для оптимизации перед выбором фактических компонентов, а затем оптимизируют выходные данные после выбора реальных компонентов из базы данных, состоящей из тысяч деталей. Однако для первого прохода в дизайне такой уровень сложности не обязателен. С предоставленными расчетами и, возможно, с использованием симулятора SIMPLIS, такого как бесплатный ADIsimPE 9.0140 ™ или некоторое время в лаборатории, удовлетворительная конструкция может быть найдена с минимальными усилиями.
Перед проектированием фильтра подумайте, чего можно добиться с помощью одноступенчатого фильтра RC или LC. Обычно с фильтром второй ступени разумно уменьшить пульсации до нескольких сотен мкВ от пика до пика, а шум переключения ниже 1 мВ от пика до пика. Понижающий преобразователь можно сделать несколько тише, поскольку силовая катушка индуктивности обеспечивает значительную фильтрацию. Эти ограничения связаны с тем, что, как только пульсации снижаются до мкВ, компоненты становятся паразитными, и шумовая связь между каскадами фильтра начинает становиться ограничивающими факторами. Если требуется еще более тихая подача, можно добавить фильтр третьей ступени. Тем не менее, импульсные источники питания, как правило, не имеют самых тихих эталонов и также страдают от шума джиттера. Оба они приводят к низкочастотному шуму (от 1 Гц до 100 кГц), который не может быть легко отфильтрован. Следовательно, для источников с чрезвычайно низким уровнем шума может быть лучше использовать один фильтр второй ступени, а затем добавить к выходу LDO.
Прежде чем углубляться в более подробный процесс проектирования для каждого типа фильтров, некоторые значения, которые будут использоваться в процессе проектирования для каждого из типов фильтров, определены следующим образом:
Δ I PP : Приблизительный размах тока, поступающего на выходной фильтр. Для расчетов принимаем, что это синусоидальная форма. Значение будет зависеть от топологии. Для доллара это пиковый ток в катушке индуктивности. Для повышающего преобразователя это пиковый ток в переключателе B (часто диод).
Δ В RIP OUT : приблизительное значение пульсаций выходного напряжения при частоте коммутации преобразователя.
R ESR : ESR выбранного выходного конденсатора.
F SW : Частота переключения преобразователя.
C RIP : Выходной конденсатор рассчитывается при условии, что все Δ I PP rip течет в него.
Δ V TRAN OUT : Изменение V OUT , когда I ШАГ применяется к выходу.
I ШАГ : Мгновенное изменение выходной нагрузки.
T ШАГ : Приблизительное время отклика преобразователя на мгновенное изменение выходной нагрузки.
F u : Частота кроссовера преобразователя. За бакс это вообще F SW ⁄10. Для преобразователя повышающего или понижающего повышающего типа это обычно составляет около трети положения нуля в правой полуплоскости (RHPZ).
Простейший тип фильтра — это просто RC-фильтр, как показано на рисунке 3, подключенный к выходу слаботочного повышающего усилителя на основе ADP161x. Преимуществом этого фильтра является низкая стоимость, и его не нужно демпфировать. Однако из-за рассеиваемой мощности он полезен только для преобразователей с очень малым выходным током. В этой статье предполагаются керамические конденсаторы с малым ESR.
;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;lt;img src=’https:/ /www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/designing-second-stage-output-filters-for-switching-power-supplies/figure3.png?w=435 ‘ alt =’Рисунок 3’&amp ;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;gt;
Рис. 3. Конструкция повышающего преобразователя ADP161x с малым выходным током и добавленным RC-фильтром на выходе.
Процесс проектирования выходного фильтра RC второго каскада
Шаг 1: Выберите C 1 , исходя из предположения, что выходная пульсация значения C 1 приблизительно игнорирует остальную часть фильтра; От 5 мВ до 20 мВ от пика до пика — хорошее начало. Затем C 1 можно рассчитать по уравнению 1.
Шаг 2: R можно выбрать на основе рассеиваемой мощности. R должен быть намного больше, чем R ESR , чтобы конденсаторы и этот фильтр были эффективными. Это ограничивает диапазон выходных токов до значения менее 50 мА или около того.
Шаг 3: C 2 затем можно рассчитать по уравнениям 2–6. A, a, b и c являются лишь промежуточными значениями для упрощения расчета и не имеют физического смысла. Эти уравнения предполагают R << R LOAD и ESR для каждого конденсатора мало. Оба эти предположения являются очень хорошими и вносят небольшую ошибку. С 2 должен быть таким же или больше, чем C 1 . Пульсации на шаге 1 можно отрегулировать, чтобы сделать это возможным.
Для источников питания с более высоким током полезно заменить резистор в пи-фильтре катушкой индуктивности, как показано на рис. 4. Эта конфигурация обеспечивает очень хорошее подавление пульсаций и шумов переключения в дополнение к низким потерям мощности.
Проблема в том, что теперь мы ввели дополнительный контур бака, который может резонировать. Это может привести к колебаниям и нестабильному питанию. Таким образом, первым шагом к разработке этого фильтра является выбор способа демпфирования фильтра. На рис. 4 показаны три жизнеспособных метода демпфирования. Добавление R FILT имеет то преимущество, что требует небольших дополнительных расходов или размеров. Демпфирующий резистор обычно практически не имеет потерь и может быть небольшим даже для больших источников питания. Недостатком является то, что это значительно снижает эффективность фильтра за счет уменьшения параллельного импеданса с катушкой индуктивности. Преимущество метода 2 состоит в том, что он максимизирует производительность фильтра. Если желательна полностью керамическая конструкция, R D может представлять собой дискретный резистор, включенный последовательно с керамическим конденсатором. В противном случае требуется физически большой конденсатор с высоким ESR.
Эта дополнительная емкость (C D ) может значительно увеличить стоимость и размер конструкции. Техника демпфирования 3 выглядит очень выигрышно, поскольку к выходу добавлен демпфирующий конденсатор C E , который может несколько помочь с переходной характеристикой и выходными пульсациями. Однако это самый дорогой метод, поскольку требуемая емкость намного больше. Кроме того, относительно большая емкость на выходе снизит частоту резонанса фильтра, что уменьшит достижимую полосу пропускания преобразователя, поэтому метод 3 не рекомендуется. Для инструментов проектирования ADIsimPower мы используем метод 1 из-за низкой стоимости и относительной простоты его внедрения в автоматизированный процесс проектирования.
&amp;amp;amp;lt;img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/designing-second-stage -выходные-фильтры-для-импульсных-источников-питания/figure4.jpg?w=435 ‘ alt=’Рисунок 4’&amp;amp;amp;gt;
Рис.
4. ADP1621 с выходным фильтром с выделенными несколькими различными методами демпфирования.
Еще один вопрос, который необходимо решить, это компенсация. Это может показаться нелогичным, но почти всегда лучше поместить фильтр в петлю обратной связи. Это связано с тем, что включение его в контур обратной связи помогает немного демпфировать фильтр, устраняет сдвиг нагрузки по постоянному току и последовательное сопротивление фильтра, а также обеспечивает лучшую переходную характеристику с меньшим звоном. На рис. 5 показана диаграмма Боде для повышающего преобразователя с выходным сигналом LC-фильтра, добавленным к выходному сигналу.
;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;lt;img src=’https://www. .analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/designing-second-stage-output-filters-for-switch-power-supplies/figure5.png?w=435 ‘ alt=’ Рисунок 5. amp; ;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;gt;
Рис.
5. Графики фазы и усиления для повышающего преобразователя с LC-фильтром на выходе.
Обратная связь снимается до или после индуктора фильтра. Людей больше всего удивляет то, как сильно меняется график Боде без обратной связи, даже когда фильтр не находится «в» петле обратной связи. Поскольку на контур управления влияет наличие или отсутствие фильтра в контуре обратной связи, его можно было бы соответствующим образом компенсировать. В общем случае это будет означать уменьшение целевой частоты кроссовера максимум до одной пятой или одной десятой резонансной частоты фильтра (F РЕС ).
Процесс проектирования фильтра этого типа носит итеративный характер, поскольку выбор каждого компонента влияет на выбор других.
Процесс проектирования LC-фильтра с использованием демпфирования параллельным резистором (метод 1 на рис. 4)
Шаг 1: Выберите C 1 , как будто на выходе не будет выходного фильтра. От 5 мВ до 20 мВ от пика до пика — хорошее место для начала.
Затем C 1 можно рассчитать по уравнению 8.
Шаг 2: Выберите дроссель L ФИЛЬТ . Исходя из опыта, хорошее значение составляет от 0,5 мкФ до 2,2 мкФ. Катушку индуктивности следует выбирать для высокой собственной резонансной частоты (SRF). Большие катушки индуктивности имеют большие SRF, что означает, что они менее эффективны для фильтрации высокочастотного шума. Меньшие катушки индуктивности не будут так сильно влиять на пульсации и потребуют большей емкости. Чем выше частота переключения, тем меньше может быть катушка индуктивности. При сравнении двух катушек индуктивности с одинаковой индуктивностью часть с более высоким значением SRF будет иметь более низкую межобмоточную емкость. Емкости между обмотками действуют как короткое замыкание вокруг фильтра для высокочастотного шума.
Шаг 3: Как описано ранее, добавление фильтра повлияет на компенсацию преобразователя, уменьшив достижимую частоту кроссовера (F u ). Для преобразования в токовом режиме максимально достижимое F u меньше, чем 1/10 частоты переключения или 1/5 F RES фильтра, рассчитанного по уравнению 7.
К счастью, большинство аналоговых нагрузок работают. не требуют исключительно высокой переходной характеристики. Уравнение 9 вычисляет приблизительную выходную емкость (C BW ), требуемый на выходе преобразователя для обеспечения заданного переходного тока.
Шаг 4: Установите C 2 как минимум C BW и C 1 .
Шаг 5: Рассчитайте приблизительное сопротивление демпфирующего фильтра, используя уравнения 10 и 11. Эти уравнения не совсем точны, но они наиболее близки к решению в замкнутой форме без необходимости использования сложной алгебры. Инструменты проектирования ADIsimPower рассчитывают R FILT путем расчета передаточной функции без обратной связи (OLTF) преобразователя с фильтром и закороченной катушкой индуктивности. Затем значения R FILT угадываются до тех пор, пока пиковое значение OLTF преобразователя с фильтром не будет всего на 10 дБ выше OLTF преобразователя с закороченной катушкой индуктивности.
Этот метод можно использовать в симуляторе, таком как ADIsimPE, или в лаборатории с использованием анализатора спектра.
Шаг 6: C 2 теперь можно рассчитать, используя уравнения 12–15. a, b, c и d используются для упрощения уравнения 16.
Шаг 7: Шаги с 3 по 5 следует повторять до тех пор, пока не будет рассчитана конструкция фильтра с хорошим демпфированием, отвечающая требуемым спецификациям по пульсациям и переходным процессам. Следует отметить, что в этих уравнениях не учитывается последовательное сопротивление дросселя фильтра постоянного тока R DCR . Это сопротивление может быть весьма значительным для более слаботочных источников питания. Это улучшает характеристики фильтра, помогая демпфировать фильтр, что увеличивает требуемый R FILT и увеличивает импеданс фильтра. Оба эффекта могут значительно улучшить производительность фильтра. Поэтому для требований к низкому уровню шума может быть очень полезно компенсировать небольшую потерю мощности в L FILT для улучшения шумовых характеристик.
Потери в сердечнике L FILT также помогают ослабить некоторые высокочастотные шумы. Таким образом, сердечники из порошкового железа с высоким током могут быть хорошим выбором. Они также, как правило, меньше и дешевле при той же текущей мощности. ADIsimPower, конечно же, учитывает как сопротивление дросселя фильтра, так и ESR двух конденсаторов для максимальной точности.
Шаг 8: При выборе фактических компонентов для соответствия расчетным значениям не забудьте уменьшить номинальные емкости любых керамических конденсаторов, чтобы учесть смещение по постоянному току!
Как указывалось ранее, на рис. 4 показаны два эффективных метода демпфирования фильтра. Если вместо параллельного резистора можно выбрать конденсатор C D для демпфирования фильтра. Это добавит некоторые затраты, но обеспечит наилучшие характеристики фильтра по сравнению с любым другим методом.
Процесс проектирования LC-фильтра с использованием RC-цепи демпфирования (метод 2 на рис.
4)Шаг 1: Как и в предыдущей топологии, выберите C 1 , как если бы не было выходного фильтра. 10 мВ от пика до пика 100 мВ от пика до пика — хорошее место для начала, в зависимости от конечной целевой выходной пульсации. С 9Затем 0073 1 можно рассчитать с помощью уравнения 8. C 1 может быть меньше в этой топологии, чем в предыдущих топологиях, потому что фильтр более эффективен.
Шаг 2: Как и в предыдущей топологии, выбирается дроссель от 0,5 мкГн до 2,2 мкГн. 1 мкГн — хорошее значение для преобразователей между 500 кГц и 1200 кГц.
Шаг 3: Как и раньше, C 2 можно выбрать из уравнения 16, но с R FILT , установленным на что-то большое, например 1 МОм, поскольку оно не будет заполнено. Причина, по которой это то же значение, несмотря на C 1 наличие дополнительного конденсатора состоит в том, что для обеспечения хорошего демпфирования R D будет выполнен достаточно большим, чтобы C D не уменьшил значительно пульсации.
Установите C 2 в качестве минимума вычисленного значения C 2 , C BW и C 1 . В этот момент может быть полезно вернуться к шагу 1 и отрегулировать пульсации, предполагаемые для C 1 , чтобы получить вычисленное значение C 2 , которое ближе к C BW и C 1 9.0074 .
Шаг 4: C D должно быть установлено на то же значение, что и C 1 . Теоретически вы можете добиться большего демпфирования фильтра, используя большую емкость, но это излишне увеличивает стоимость и размер, а также может уменьшить полосу пропускания преобразователя.
Стадия 5: R D можно рассчитать по уравнению 17. F RES рассчитывают по уравнению 7, игнорируя присутствие C D . Это хорошее приближение, поскольку Rd обычно достаточно велико, чтобы C D мало повлияет на расположение резонанса фильтра.
Шаг 6: Теперь, когда и C D , и R D рассчитаны, либо можно использовать керамический конденсатор с последовательным сопротивлением, либо следует выбрать танталовый или аналогичный конденсатор с большим ESR, который соответствует расчетным характеристикам.
Шаг 7: При выборе фактических компонентов для соответствия расчетным значениям не забудьте уменьшить номинальные емкости любых керамических конденсаторов, чтобы учесть смещение по постоянному току!
Другой метод фильтрации заключается в замене буквы L в предыдущем фильтре ферритовым шариком. Однако эта схема имеет много недостатков, которые ограничивают ее эффективность при фильтрации коммутационных шумов и почти ничего не делают для коммутационных пульсаций. Во-первых, насыщенность. Ферритовый шарик будет насыщаться при очень низком уровне тока смещения, а это означает, что феррит будет давать гораздо более низкий импеданс, чем показано на кривых нулевого смещения, показанных во всех технических описаниях. Возможно, ему все еще требуется демпфирование, поскольку он все еще является катушкой индуктивности и, следовательно, может резонировать с выходной емкостью. Однако в настоящее время индуктивность переменная и плохо охарактеризована в самых минимальных данных, представленных в большинстве спецификаций.
