"Железо" VS "Электроника" или несколько слов о замене реальных дросселей электронными

Список разделов РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМ Источники питания и цифровая техника

Описание: Конструкции любых блоков питания, источников тока для любых назначений. Микроконтроллеры и все, что с ними связано
Модераторы: Алаев Ян, poty

#1 Алаев Ян » 21 ноября 2014, 15:42

Проектируя БП для фонокорректора, мы решили применить два дросселя Д30-2.5-200, номинальная индуктивность 2.5 Гн, максимальный рабочий ток - 200 мА. Они отлично подходят для нашей задачи, но тоже имеют свои достоинства и недостатки. Для начала, как выглядят эти дроссели, для тех, кто не знает.

anat_8.JPG
Внешний вид дросселей Д30.


Какие основные недостатки у таких дросселей? Первое, что приходит на ум - они являются источниками переменного магнитного поля, которое в свою очередь наводит помехи на чувствительные узлы прибора. А у нас фонокорректор и отказ от "железа", вероятно, очень оправдан. Плюс, дроссели могут жужжать, создавая при этом дополнительные шумы и вибрации. В этом тоже нет ничего хорошего. Получается, что если заменить "железо" на "электронику", мы можем избавиться от подобных минусов, вопрос в другом, получим ли мы хороший результат и не испортим ли схему электронной начинкой?

Сейчас у меня есть в наличии два собранных модуля "электронный дроссель" и просто ужасно руки чешутся сравнить их работу с "железными" аналогами. Сравнить по всем параметрам: оценить степень подавления пульсаций и помех, оценить звучание аппарата. Да много чего можно проделать.
Для размышлений выкладываю фото модулей и принципиальную схему, а также модель для симуляции в Tina-TI.

1.JPG
Внешний вид электронного дросселя
2.JPG
Внешний вид электронного дросселя
3.JPG
Внешний вид электронного дросселя
4.JPG
Внешний вид электронного дросселя

Схема эл. дросселя.JPG
Принципиальная схема
Схема.JPG
Принципиальная схема

Электронный дроссель.TSC
Для моделирования в Tina-TI
Размер: 6.28 КБ
Скачиваний: 11
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян
Автор темы, Основатель
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 36 (+36/−0)
Лояльность: 106 (+107/−1)
Сообщения: 1518
Темы: 14
С нами: 3 года 4 месяца

#2 poty » 22 ноября 2014, 1:04

Алаев Ян писал(а):Первое, что приходит на ум - они являются источниками переменного магнитного поля, которое в свою очередь наводит помехи на чувствительные узлы прибора. А у нас фонокорректор и отказ от "железа", вероятно, очень оправдан. Плюс, дроссели могут жужжать, создавая при этом дополнительные шумы и вибрации. В этом тоже нет ничего хорошего.
ОК. Начну с того, что по нашей схеме мы используем эти дроссели не для фильтрации, а для подавления ВЧ помех и "отвязке" от ёмкостной связи внутри трансформатора. Обычные дроссели, с повышением частоты, работают лучше. Электронные - хуже. Фильтрацией у нас занимается аналогичная Вашему электронному дросселю схема, только со стабилизацией. Т.е., фильтрация низких частот будет взята из эффективного мира электронных дросселей, высоких - из соответствующего мира "железных".
Наличие обычных дросселей в обеих линиях крайне тяжело повторить для электронных аналогов.
Наводки - опасность большая, но для этого есть экранирование и рациональное размещение элементов в корпусе.
Если дроссель жужжит, то применять его не стоит, значит, его качество нам не подходит.
В схеме электронных дросселей я бы поменял местами затворный резистор и стабилитрон. Ни к чему увеличивать ёмкость затвора ёмкостью закрытого стабилитрона. И уж если Вы отсимулировали схему, то сделайте анализ переменного тока, чтобы понять, насколько эффективен этот дроссель на переменной частоте. Чтобы показать смысл моих слов, приведённых выше, можно просто попробовать нарисовать АЧХ получившейся системы.
Владислав
poty
Профи
Профи
Аватара
Возраст: 51
Откуда: Россия, Москва
Репутация: 49 (+49/−0)
Лояльность: 41 (+41/−0)
Сообщения: 2118
Темы: 1
С нами: 3 года 4 месяца

#3 Алаев Ян » 22 ноября 2014, 11:21

Ошибку с емкостью затвора и стабилитрона исправил.

Скриншот 2014-11-22 11.18.52.png
Принципиальная схема. Вер. 2


poty писал(а):И уж если Вы отсимулировали схему, то сделайте анализ переменного тока, чтобы понять, насколько эффективен этот дроссель на переменной частоте. Чтобы показать смысл моих слов, приведённых выше, можно просто попробовать нарисовать АЧХ получившейся системы.
А вот с этим есть проблемы. Пока не понятно, как это сделать в Tina-Ti.

Кажется, сообразил. Чтобы симуляция заработала нужно источник напряжения генератором сигналов заменить. Сейчас попробую.
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян
Автор темы, Основатель
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 36 (+36/−0)
Лояльность: 106 (+107/−1)
Сообщения: 1518
Темы: 14
С нами: 3 года 4 месяца

#4 poty » 22 ноября 2014, 12:32

Вообще, нужно два графика:
1. Фильтрация переменного напряжения от источника напряжения.
2. Демпфирование переменной составляющей нагрузки.

При этом желательно подставить реалистичные значения в схему. Допустим, для всех электролитов установить ESR (не меньше 100мОм). Последовательно с нагрузкой имитировать соединительные провода, допустим, 10мОм и 10мкГн. Источнику питания тоже присвоить некоторое внутреннее сопротивление (допустим, в районе сотен Ом).
Владислав
poty
Профи
Профи
Аватара
Возраст: 51
Откуда: Россия, Москва
Репутация: 49 (+49/−0)
Лояльность: 41 (+41/−0)
Сообщения: 2118
Темы: 1
С нами: 3 года 4 месяца

#5 Алаев Ян » 22 ноября 2014, 12:46

Вот уж не знаю, правильно ли сделал. Я сконфигурировал генератор сигнала на амплитудное значение напряжения 150В, при этом, смещение 150В. Получается, что входное напряжение изменяется от 0 до 300В. Частота при оценке АЧХ от 10 Гц до 1 МГц. Вот, что получилось.

Скриншот 2014-11-22 12.40.47.png
АЧХ и фаза

Электронный дроссель.TSC
Размер: 6.9 КБ
Скачиваний: 8
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян
Автор темы, Основатель
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 36 (+36/−0)
Лояльность: 106 (+107/−1)
Сообщения: 1518
Темы: 14
С нами: 3 года 4 месяца

#6 poty » 22 ноября 2014, 13:13

Я тоже попытался сделать симуляцию. Вот смотрим. Для начала - фильтрация.
Электронный дроссель.TSC
Размер: 9.86 КБ
Скачиваний: 8

ED-shema.jpg
ED-filtering.jpg

Потом - нагрузочные кривые:
Электронный дроссель - нагрузка.TSC
Размер: 9.59 КБ
Скачиваний: 8

ED-shema-l.jpg
ED-loading.jpg


Прокомментирую графики.
Нам кажется, что фильтрация показывает ровно обратное от того, что говорил я. Но это не совсем... честная симуляция. Беда в том, что в симуляции есть практически идеальные ёмкости. В реальности график будет выглядеть примерно так, как на рисунке для нагрузочной кривой.
Владислав
poty
Профи
Профи
Аватара
Возраст: 51
Откуда: Россия, Москва
Репутация: 49 (+49/−0)
Лояльность: 41 (+41/−0)
Сообщения: 2118
Темы: 1
С нами: 3 года 4 месяца

#7 Алаев Ян » 22 ноября 2014, 18:24

Владислав, несколько вопросов. Как Вы ввели переменку в схему я понял, подмешали к основному напряжению переменный сигнал амплитудой 1В 100 Гц - с этим вопросов нет. 100 Гц, по всей видимости, выбрано исходя из соображений пульсаций после мостового выпрямителя, но, подозреваю, эта частота ни на что не влияет, так как АЧХ снимается в диапазоне от 10 Гц до 1МГц. По поводу конденсаторов, вижу, что добавили резисторы имитирующие ESR, вроде, тоже понятно. Чуток изменили схему, R2 заменили на 60 кОм, вроде, тоже не принципиально... Теперь по поводу полученных результатов.
Почему у нас такой провал на подмешанной частоте в 100 Гц (режим фильтрации)??? Почему нет плавного спада?

Теперь по поводу нагрузочных кривых. Судя по ним, чем выше частота помехи, тем хуже с ней справляется электронный дроссель. Пытаюсь понять, в чем разница между "Источником тока" и "Генератором тока". Почему Вы нагрузили эл. дроссель именно "Генератором тока"???
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян
Автор темы, Основатель
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 36 (+36/−0)
Лояльность: 106 (+107/−1)
Сообщения: 1518
Темы: 14
С нами: 3 года 4 месяца

#8 poty » 23 ноября 2014, 0:19

Алаев Ян писал(а):Почему у нас такой провал на подмешанной частоте в 100 Гц (режим фильтрации)??? Почему нет плавного спада?
Очевидно, это некие резонансные процессы. Я специально сделал R2=60кОм, чтобы сместить эту оптимальную частоту на 100 Гц. Откуда берётся эта частота? Трудно сказать.
Стоит заметить, что "чем ниже, тем лучше". Подавление в 75дБ - это гигантское число. В реальности оно вряд ли достижимо, но показывает, насколько эффективность "электронного дросселя" реально высока.
Использование реального дросселя лучше тем, что он сам по себе является именно последовательным элементом. Т.е., это единственная часть, которая не является шунтом. Кроме того, "электронный дроссель" является резистивным регулятором, а, значит, может только потреблять энергию. Дроссель является реактивным регулятором, способным возвращать в нагрузку часть отфильтрованной энергии.
Алаев Ян писал(а):Теперь по поводу нагрузочных кривых. Судя по ним, чем выше частота помехи, тем хуже с ней справляется электронный дроссель. Пытаюсь понять, в чем разница между "Источником тока" и "Генератором тока". Почему Вы нагрузили эл. дроссель именно "Генератором тока"???
Это не помеха, это работа нагрузки. Я, если честно, не задумывался, что конкретно я туда поставил, мне нужен был исключительно источник изменения тока, я его сделал именно таким способом. На самом деле, большая часть наклона кривой создана катушкой L1 вкупе с потерями в обратной связи на уровне R1-затвор T1.
Владислав
poty
Профи
Профи
Аватара
Возраст: 51
Откуда: Россия, Москва
Репутация: 49 (+49/−0)
Лояльность: 41 (+41/−0)
Сообщения: 2118
Темы: 1
С нами: 3 года 4 месяца

  • 1

#9 poty » 4 августа 2017, 15:37

fogoverfrog писал(а):из верхнего фото не понятно, будет ли БП в одном корпусе с корректором.если да - то это неверный ответ ( так как этим способом можно побороться с шумами и вибраций)
Или набрать ещё больше. Конструкция - всегда компромисс.
Размещение в одном корпусе - опасность механических и электромагнитных влияний, которую, однако, можно заэкранировать, задемпфировать... По крайней мере, здесь есть от чего отталкиваться и что вращать, перемещать и пробовать.
Размещение в разных корпусах - избавление от механических и электромагнитных влияний собственных дросселей и трансформаторов, но привнесение неизвестного компонента внешнего влияния в месте установки (тех же механических и электромагнитных влияний неизвестной природы), от которых избавится порой гораздо труднее. Кроме того, если мы говорим о корректоре, крайне важную роль играет надёжное заземление для эффективного экранирования, причём заземление не блока питания, а корпуса с электроникой. К нему же подключается заземление тонарма. А у нас получается, что этот корпус соединён с "землёй" в розетке как минимум через 3 разъёмных соединения и два болтовых. У нас электроника в фонокорректоре предполагается "правильная", но даже её мы предполагаем питать от стабилизированного источника напряжения (и накал, и анодное). В данном случае - размещение в двух корпусах эту идею практически хоронит, поскольку в дело вступает относительно нестабильная по импедансу (и к тому же - значительного уровня импеданса, особенно для высокотокового накала) и шумная линия. Ну, просто ради примера, чтобы было понятнее (у нас на данном этапе - не такой вариант): попробуйте в двухблочном варианте использовать шунт-регулятор. Его крайне низкое выходное сопротивление (сотые и тысячные доли ома), дающееся немалой ценой, превратится в единицы ом (импеданса) после неизбежной индуктивности скрученных проводов, разъёмных соединений и омического сопротивления всей этой системы. Размещать на выходе шунт-регулятора ёмкость - невозможно (либо нарушится стабильность, либо шунт регулятор не сможет адекватно зарядить эту ёмкость в рабочем режиме), соответственно, "расплести" провода не получится (наводки не дремлют!), неразъёмная двухблочная конструкция - это нонсенс, если честно (ничем не отличается от перегородки-экрана в одном корпусе)...
Т.е., каждой конструкции - свои решения. Универсальных рецептов нет.
Что касается "железо" против "электроники". В своё время я задумывал интегральный усилитель на КТ120 в SIPP, полностью на железе... Более того, всё закуплено было... Но Ян знает, что я уже несколько лет мучаюсь вопросом, где взять для всего этого корпус! Фактически, в этом случае, дроссели становятся больше трансформатора питания! У меня дросселя два (интегральный стереоусилитель, оказалось невозможно одной цепью питать 470В х 0,7А, пришлось разделить пополам). Плюс дроссели на пред (слава богу, не такие большие, но тоже и не маленькие). Плюс выходные трансформаторы. Плюс отдельный трансформатор для накала... Суммарный вес получается под 60 кг! И как его "тягать"? Не космос, конечно, но и дома он не особо приживётся!
С другой стороны, электронные дроссели - это, всё-таки, пассивно-поглощающие устройства, как я уже отмечал. Это означает, что мы должны обеспечить некоторый запас напряжения и тока системы выпрямитель-трансформатор, плюс к этому - задемпфировать первый конденсатор, чтобы не наплодить гармоник переключения, которые, как мы уже увидели, не очень-то электронным демпфером и любятся... Всё это - тепло, радиаторы и те же большие размеры. Другое дело, что всё это - гораздо проще обычного дросселя конструктивно.
Т.е., я о чём? О том, что везде нужно взвешивать за и против, универсального решения нет.
Владислав
poty
Профи
Профи
Аватара
Возраст: 51
Откуда: Россия, Москва
Репутация: 49 (+49/−0)
Лояльность: 41 (+41/−0)
Сообщения: 2118
Темы: 1
С нами: 3 года 4 месяца


Вернуться в Источники питания и цифровая техника



Кто сейчас на форуме (по активности за 5 минут)

Сейчас этот раздел просматривают: 1 гость