Как прикинуть значения демпфирующих цепочек

Конструкции любых блоков питания, источников тока для любых назначений. Микроконтроллеры и все, что с ними связано

Модераторы: poty, Алаев Ян

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3277
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 3 раза
Поблагодарили: 14 раз

Как прикинуть значения демпфирующих цепочек

#1

Сообщение poty » 03 апр 2014, 17:17

Каждый радиолюбитель сталкивался с задачей разработки блока питания под свою уникальную потребность. Несмотря на то, что общие подходы всем известны, как мне кажется, есть определённые моменты, которые вызывают трудности. И хоть мы все не очень любим читать, а в особенности – теорию, хочу привести некоторые соображения по расчёту демпфирующих цепочек на вторичной обмотке трансформатора. Смысл этих дополнений – уменьшить шумы, возникающие в момент выключения выпрямителей (будь то силиконовые диоды во всех их ипостасях или кенотроны).
Система, состоящая из индуктивности утечки применительно ко вторичной обмотке и межобмоточной ёмкости, параллельно которой приложена ёмкость выпрямителя(-лей) будет резонировать на определённой частоте:
f=.jpg
f=.jpg (17.73 КБ) 4040 просмотров
В системе всегда находятся паразитные резистивные компоненты, которые будут рассеивать энергию колебаний, поэтому, скорее всего, возбуждённые тем или иным способом колебания будут затухающими. Задача демпфирующих цепочек – уменьшить добротность (т.е. увеличить паразитное сопротивление) в получившейся колебательной системе для того, чтобы обеспечить очень быстрое затухание, уменьшив, таким образом, возможность влияния блока питания на чувствительные сигнальные цепи.
Если посмотреть на наиболее повторяемые схемы можно выяснить, что обычно добавляют конденсатор параллельно вторичной обмотке трансформатора. Конденсатор уменьшает частоту резонанса, а значит – «дальность» распространения колебаний. Кроме того, очевидно, уменьшается амплитуда колебаний, в связи с тем, что гармоники более высоких порядков будут сильнее «фильтроваться» колебательным контуром. Однако основную задачу (добавление резистивного элемента) этот подход не решает.
«Лобовым» решением является включение сопротивления параллельно колебательному контуру (в нашем случае – параллельно вторичной обмотке трансформатора). В теории, данный резистор решает все наши задачи, на практике оказывается, что сопротивление этого резистора нужно делать достаточно маленьким, что уменьшает КПД трансформатора, так как достаточно большая часть мощности будет рассеиваться на демпфере.
Известно и решение этой практической задачи — «спрятать» демпфирующее сопротивление за ёмкостную реактивность таким образом, чтобы на базовых частотах сети (50/100 или 60/120Гц в зависимости от страны) через демпфирующее сопротивление протекал минимальный ток, в то время как на частоте резонанса RC-цепочка представляла собой в основном активное сопротивление. При необходимости можно сохранить и параллельный обмотке конденсатор — он будет выполнять свою, пусть и ограниченную функцию. Т.о., демпфирующая цепочка будет выглядеть следующим образом (демпфирующая система представлена элементами C1, C2, R1):
Демпфирование.jpg
Остаётся лишь подсчитать значения C1, C2, R1. На идею, как это сделать, я натолкнулся в статье http://hagtech.com/pdf/snubber.pdf .
Влияние понижения частоты за счёт C1 на остальные элементы устройства определить практически невозможно, поскольку это влияние зависит от конкретного конструктивного исполнения, поэтому задаёмся некоторой величиной, скажем, 10 нФ. На частоте 50Гц ток через конденсатор будет определяться соотношением Ic=100πVcC1. Таким образом, даже для высоковольтных выпрямителей, скажем 500В на вторичной обмотке, этот ток не будет превышать 1,5мА. Если это в конкретной ситуации много, можно выбрать конденсатор меньшей ёмкости или отказаться от него совсем.
R1 рассчитывается по методике из вышеупомянутой статьи:
R1=.jpg
R1=.jpg (26.19 КБ) 4040 просмотров
где Lтр — паразитная индуктивность вторичной обмотки; Cэ = Cтр + Cд + C1 — суммарная паразитная ёмкость вторичной обмотки трансформатора Cтр, диода Cд (для диодного моста Cд нужно уменьшить в 2 раза) и C1; Rтр — активное сопротивление обмотки трансформатора.
Статья предполагает использование CXX фильтра (CLC, CRC и т.п.), что верно в большинстве случаев. Второе допущение, принятое при расчётах – ёмкость первого конденсатора фильтра (C3 на приведённой схеме) на несколько порядков выше Cэ, т.о., его влиянием можно пренебречь. Если это не так, то вместо Cд в расчёт следует подставлять значение (C3Cд)/(C3+Cд). И, наконец, третье допущение – величина демпфирования. Чтобы не загружать ветку скажу, что она выбрана некоей средней, «достаточной» с точки зрения автора статьи. На практике это означает только то, что приведённая формула определяет верхний предел сопротивления резистора и можно применять любой резистор, меньший рассчитанного. Чуть позже я поясню, почему я на этом остановился подробнее.
C2 рассчитывается как:
C2=.jpg
C2=.jpg (24.35 КБ) 4040 просмотров
Значения параметров соответствуют предыдущей формуле. Ранее я уже говорил, что C2R1 образуют фильтр, отсекающий низкие частоты. Для упрощения расчётной формулы принято, что частота среза фильтра должна быть меньше резонансной частоты в 2π раз. Т.е., выбор конденсатора можно упростить, допуская увеличение его ёмкости. Второе соображение – нет смысла уменьшать сопротивление R1, поскольку это приводит к увеличению C2, что нежелательно из конструктивных соображений и уменьшает пространство для манёвра.
Т.о. мы получаем прогнозируемое демпфирование с лёгкими расчётами его компонентов. Единственная проблема – добыть данные для расчётов: Lтр, Cтр, Rтр, Cд. Этому будет посвящён следующий пост в этой теме.
Последний раз редактировалось Admin 19 апр 2014, 23:54, всего редактировалось 2 раза.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2286
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 3 раза
Контактная информация:

#2

Сообщение Алаев Ян » 03 апр 2014, 23:36

poty писал(а):Смысл этих дополнений – уменьшить шумы, возникающие в момент выключения выпрямителей (будь то силиконовые диоды во всех их ипостасях или кенотроны)
Речь идет о помехах, возникающих в момент переключения из открытого состояния в закрытое? Кстати, у кенотронов же нет порогового напряжения 0.6-0.8В как у диодов или я чего-то неправильно понимаю?

Я никогда ранее не применял подобных демпфирующих цепочек в блоках питания. Но, если от них есть практическая польза и реально можно улучшить качество питания последующих цепей, то для меня это большое открытие. Очень интересно узнать, какой % составляют эту шумы на фоне, допустим, пульсаций блока питания, хочется понять и оценить значимость подавления этих шумов на общем фоне выходного напряжения.

Чтобы статья про снабберы не затерялась - копия лежит на нашем сервере.
Стремление к совершенству рождает шедевры!
https://vk.com/alaevlabs

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3277
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 3 раза
Поблагодарили: 14 раз

#3

Сообщение poty » 04 апр 2014, 10:21

Yankenfox писал(а):
poty писал(а):Смысл этих дополнений – уменьшить шумы, возникающие в момент выключения выпрямителей (будь то силиконовые диоды во всех их ипостасях или кенотроны)
Речь идет о помехах, возникающих в момент переключения из открытого состояния в закрытое?
Да, именно о них. Дополнение после некоторого раздумья... Стоит учитывать не только шумы при переключении открыт-закрыт, но и обратные. Так как и в том и в другом случае возникают предпосылки для возбуждения.
Yankenfox писал(а):Кстати, у кенотронов же нет порогового напряжения 0.6-0.8В как у диодов или я чего-то неправильно понимаю?
Пороговое напряжение здесь не играет никакой роли. В момент, когда мгновенное напряжение на вторичной обмотке трансформатора по отношению к напряжению на конденсаторе фильтра становится меньшим напряжения закрытия выпрямительного элемента (у полупроводниковых диодов это некоторое пороговое напряжение, у кенотронов это - 0В) выпрямительный элемент закрывается (опять же с той или иной скоростью, в зависимости от его свойств), формируя фронт импульса, от которого запускается колебательный процесс.
Yankenfox писал(а):Я никогда ранее не применял подобных демпфирующих цепочек в блоках питания. Но, если от них есть практическая польза и реально можно улучшить качество питания последующих цепей, то для меня это большое открытие. Очень интересно узнать, какой % составляют эту шумы на фоне, допустим, пульсаций блока питания, хочется понять и оценить значимость подавления этих шумов на общем фоне выходного напряжения.
Как всегда, всё зависит от конкретных особенностей построения блока питания. Например, очень многие ставят качественный неэлектролит параллельно электролиту в фильтры (и не только в фильтры, но и в "шунты" шин питания), совершенно правильно обосновывая это ограниченным частотным диапазоном электролитов (хотя существуют современные электролитические конденсаторы и их аналоги с достаточным частотным диапазоном изначально). Однако, первым конденсаторам фильтра "достаётся" незавидная участь быть самыми простыми и непритязательными и шунтируют неэлектролитами, а уж тем более качественными, их очень редко. Как мы видим, они работают отнюдь не в стерильных условиях и, в зависимости от применённых деталей, должны подавлять достаточно высокочастотные колебания, вызванные шумами переключения выпрямителей.
Также распространены фильтры CRC, которые проще и меньше (не говоря уж о том, что дешевле) CLC. Но сопротивление, хоть и образует со следующим конденсатором фильтр, не пропускающий ВЧ (до определённого предела), всю "нагрузку" по фильтрации отдаёт конденсатору. Дроссель, даже небольшой индуктивности, в этой цепи предпочтительнее, поскольку крутизна среза фильтра LC существенно выше и общее качество применяемых деталей может быть несколько снижено с сохранением общего качества фильтрации. При этом дроссель может иметь нужное активное сопротивление для сохранения расчётов по понижению напряжения до заданного или нужно сопротивление можно поставить последовательно с ним.
Ещё более редким явлением является экранирование наиболее "шумящих" в электромагнитном смысле частей блока питания (трансформатора, выпрямительного блока, дросселей...). А ведь они обычно достаточно большие, чтобы создать ёмкостную и магнитную связь с чувствительными элементами питаемого оборудования даже помимо собственно фильтров питания. Наиболее кардинальным решением в данном случае является вынесение блока питания в отдельный корпус, но применение этого метода имеет свои отрицательные стороны.
В любом случае, я был бы благодарен, если кто-нибудь, имеющий необходимое оборудование, провёл реальные практические испытания этого метода. Тогда можно было бы говорить о конкретных цифрах.
Показать это в симуляторах можно совершенно свободно, но это мало кого убедит.
Последний раз редактировалось poty 04 апр 2014, 14:20, всего редактировалось 1 раз.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2286
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 3 раза
Контактная информация:

#4

Сообщение Алаев Ян » 04 апр 2014, 12:22

Спасибо за Ваши ответы! С нетерпением ждем продолжения.
poty писал(а):В любом случае, я был бы благодарен, если кто-нибудь, имеющий необходимое оборудование, провёл реальные практические испытания этого метода. Тогда можно было бы говорить о конкретных цифрах.
Показать это в симуляторах можно совершенно свободно, но это мало кого убедит.
Если будет в наших силах - мы готовы провести необходимые практические испытания данного метода. Расскажите, пожалуйста, подробно методику испытаний и мы постараемся, следуя этой методике, провести все необходимые измерения.
Стремление к совершенству рождает шедевры!
https://vk.com/alaevlabs

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3277
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 3 раза
Поблагодарили: 14 раз

Как прикинуть значения демпфирующих цепочек, часть 2

#5

Сообщение poty » 04 апр 2014, 14:39

Продолжая свой первый пост…
Те, у кого есть много-много супер-пупер оборудования могут дальше не читать! Но, с прискорбием приходится сообщить, что совсем без оборудования обойтись всё равно не удастся. Минимальный набор — мультиметр с возможностью измерений хотя бы ёмкости и частоты (помимо напряжения, тока и сопротивления, конечно). Измерить частоту можно и осциллографом, тем более, что этот прибор всё равно нужен для отладки более-менее серьёзных поделок. Сейчас есть множество вариантов относительно недорогих цифровых осциллографов, подключаемых к компьютеру – их приобретение окупится сторицей. Так получилось, что у меня была возможность воспользоваться оборудованием Яна, за что ему огромное спасибо!
Итак! Самое простое – Rтр. Измеряем это активное сопротивление мультиметром, подключив его ко вторичной обмотке. Для примера я взял имеющиеся у меня малогабаритные трансформаторы 2х110В : 2x10В, сопротивление вторичной обмотки оказалось 1,2Ома. Для наших расчётов большая точность не нужна, тем более – в активных компонентах.
Cд можно взять из таблицы параметров на применяемые выпрямители, но если по каким либо причинам этого сделать нельзя, можно его померить мультиметром. В зависимости от используемого мультиметра, измеряем «в обе стороны», т.е. в обоих полярностях и выбираем наибольшее значение. В каком-то включении, возможно, измерить ёмкость будет невозможно, так как диод будет открываться.
Lтр – это паразитная индуктивность трансформатора, приведённая ко вторичной обмотке (не путать с индуктивностью вторичной обмотки!). Напрямую её можно измерить замкнув первичную обмотку (обмотки) и проведя измерение индуктивности во вторичной обмотке (например, это могут сделать некоторые мультиметры). Однако, я предлагаю другой способ, который позволит вычислить одновременно и Cтр.
Выбираем два конденсатора небольшой ёмкости. Измеряем их мультиметром для уточнения их актуальной ёмкости. Пусть один из них будет C1, другой – C2. Подключаем мультиметр с измерением частоты или осциллограф параллельно вторичной обмотке трансформатора, замыкаем первичную обмотку. Заряжаем C1 от батарейки или любого другого блока питания. Подсоединяем конденсатор ко вторичной обмотке трансформатора и измеряем частоту получившихся колебаний – f1. Повторяем эксперимент с другим конденсатором – получаем частоту f2. После этого вычисляем:
Cтр=.jpg
Cтр=.jpg (41.28 КБ) 4024 просмотра
Для выбранного мной трансформатора были применены конденсаторы С1=50нФ (актуальная измеренная ёмкость – 53,3нФ) и С2=15нФ (измерено – 16,1нФ). Как я уже упоминал, измерения частоты производились с помощью осциллографа. Результаты были представлены в виде:
14,7.jpg
23,58.jpg
Т.о., имеем f1=14,71кГц, f2=23,58кГц. Соответствующие расчёты дают: Cтр=7,6нФ, Lтр=1,92мГн. Выбираем конденсатор C1 из демпфирующей цепочки 10нФ, измеряем диоды 30BQ060 (взяты из того, что было) Cд=240пФ. Используем полную ёмкость Cд, предполагая, что используется двухполупериодная схема. Демпфирующая цепочка R1=329,6Ом – выбираем 330Ом стандартного ряда, С2=111,6нФ – выбираем 0,12мкФ.
Собственная частота резонанса трансформатора равна 41,6кГц. С учётом C1 – 27,4кГц. С учётом C1 и Cд – 27,2кГц.
В заключение – несколько соображений по выбору компонентов для демпфирования. Требования к конденсаторам относятся только к импульсному напряжению, которое они выдерживают. Желательно выбирать конденсаторы, выдерживающие на порядок большее напряжение, чем пиковое напряжение вторичной обмотки. Резисторы желательно выбирать из ряда с низким ESL (собственной индуктивностью), т.е. проволочные резисторы и часть металлооксидных и металлоплёночных лучше не применять. Сюда лучше всего подойдут углеродные, например. Мощность резисторов складывается из постоянной рассеиваемой мощности за счёт протекания тока сетевой частоты и колебательной мощности, которая зависит от ёмкости конденсатора C1 и частоты переключения (как правило, удвоенной сетевой частоты). На вскидку это должно быть что-то типа:
Pr1=.jpg
Pr1=.jpg (22.14 КБ) 4024 просмотра
где Pr1 – мощность, рассеиваемая резистором (желательно удваивать и даже учетверять мощность выбираемого резистора), Vrms – напряжение на вторичной обмотке под нагрузкой, С2, R1 – значения элементов демпфирования, fp – частота переключения (для двухполупериодного выпрямителя равна удвоенной частоте сети, для мостового выпрямителя – учетверённой).
Для примера выше мощность резистора должна быть не меньше 2,4мВт. Для сравнения, если бы мы просто подключили демпфирующий резистор такого номинала параллельно вторичной обмотке из примера, мощность, рассеиваемая на нём была бы 300мВт.
В заключение отмечу, что несмотря на гораздо более сложную ситуацию с фильтрами Lxx (LC, например), расчёт, приведённый выше, полностью соответствует и такой конфигурации фильтра блока питания.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2286
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 3 раза
Контактная информация:

#6

Сообщение Алаев Ян » 05 апр 2014, 01:47

Владислав! Отличный пост, спасибо Вам огромное за проделанную работу! Уверен, многие будут пользоваться этой методикой, которая внятно и понятно изложена. Несколько вопросов, не понял как Вы посчитали это:
poty писал(а): Собственная частота резонанса трансформатора равна 41,6кГц. С учётом C1 – 27,4кГц. С учётом C1 и Cд – 27,2кГц.
и какова практическая ценность этих чисел?

Расскажите, пожалуйста, чуточку поподробнее, как выбирается емкость Сд в зависимости от типа включения диодов выпрямителя?
poty писал(а): Cд=240пФ. Используем полную ёмкость Cд, предполагая, что используется двухполупериодная схема.
Я в свою очередь не поленился и занес все эти вычисления в таблицу Excel, ну и заодно проверил на всякий случай расчеты Владислава :)
Полагаю, радиолюбителям, желающим быстренько рассчитать демпфирующую цепочку, это будет очень кстати!
Расчет демпфирующей цепочки.xlsx
Расчет демпфирующей цепочки
(134.14 КБ) 129 скачиваний
Стремление к совершенству рождает шедевры!
https://vk.com/alaevlabs

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3277
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 3 раза
Поблагодарили: 14 раз

Re: Как прикинуть значения демпфирующих цепочек, часть 2

#7

Сообщение poty » 05 апр 2014, 15:22

Yankenfox писал(а):...не понял как Вы посчитали это:
poty писал(а): Собственная частота резонанса трансформатора равна 41,6кГц. С учётом C1 – 27,4кГц. С учётом C1 и Cд – 27,2кГц.
и какова практическая ценность этих чисел?
Самый лёгкий вопрос - как посчитал! :) Самая первая формула в самом первом посте определяет резонансную частоту. Подставляем Lтр вместо L, Cтр - вместо C и получаем собственную частоту резонанса трансформатора. Если подставить сумму Cтр+C1 - получим частоту с параллельным демпфирующим конденсатором. Соответственно Cтр+C1+Cд - частота всей выпрямительной системы.
Теперь по поводу практической значимости этих цифр. В данном случае - частоты получились не запредельные. Я думаю, что в случае более высококачественного трансформатора (или трансформатора с меньшим током), индуктивность рассеяния и ёмкость рассеяния будут существенно ниже, так что собственная частота может достигать единиц мегагерц. Вся эта "прелесть" протекает через первый фильтрующий конденсатор (или через индуктивность, в зависимости от типа применяемого сглаживающего фильтра). Соответственно, можно использовать эти данные для выбора конкретных конденсаторов и ёмкостей. Если, допустим, эти детали менять нельзя, то можно использовать выбор C1 для того, чтобы понизить частоту до приемлемых уровней.
Yankenfox писал(а):... как выбирается емкость Сд в зависимости от типа включения диодов выпрямителя?
Это требует написания целой статьи. Но, если вкратце, то смысл вот какой. Рассмотрим двухполупериодную схему и соответствующую ей эквивалентную схему в терминах реактивностей:
Двухполупериодная.jpg
Здесь I1 и I2 заменяют демпфирующие цепочки, Сd-ёмкость диода. Фактически, данную схему можно рассматривать как две независимые, что и отображено на эквивалентной схеме. Каждая половина работает в свой полупериод и имеет собственную демпфирующую цепочку. Предпосылки для осцилляций возникают в момент открытия диода или закрытия диода. То есть, при расчёте мощности резистора в демпфере используем удвоенную частоту сетевого напряжения. Берём практический пример, когда C1>>Cd, в этом случае C1 можно не рассматривать вообще. Т.о., при расчёте суммарной ёмкости в колебательном контуре придётся использовать Cd.
Теперь рассмотрим мостовую схему:
Мост.jpg
Сразу убираем C1 по той же причине, что и в предыдущем случае (самый правый рисунок). Получаем такое соединение Cdn, ёмкость которого, по идее, должна равняться Cd, однако, на практике она таковой не будет. Посмотрим на следующий график из паспорта на диод:
Ёмкость диода.jpg
Это - зависимость Cd от обратного напряжения на нём. Нас интересует значение при напряжении, близком к нулю, поскольку мы исследуем возникновение колебаний в момент закрытия диода. Именно его мы и измерили ранее (240пФ). Я дорисовал это измерение на графике зелёным цветом. Как видно из первой схемы, на закрытых в данном полупериоде диодах будет напряжение, равное амплитудному напряжению на вторичной обмотке за вычетом прямого падения напряжения на одном диоде (14В - 0,4В=13,6В в нашем случае). При таком напряжении ёмкость диодов в нашем примере будет равна примерно 100пФ. Т.о., эквивалентная ёмкость будет равна (240/2)+(100/2)=170пФ. Все расчёты, приведённые для демпфирующих цепочек, имеют достаточно большой запас допущений, не требующих высокой точности задания параметров, поэтому нет смысла их усложнять точным вычислением влияния закрытых диодов, тем более, что это влияние зависит от напряжения на вторичной обмотке и легко "съедается" допуском "параллельного" демпфирующего конденсатора. Вывод - использовать в расчётах значение Cд/2=120пФ.
В данном случае (мостового включения) демпфирующая цепочка действует оба полупериода сетевого напряжения, поэтому "срабатывает" 4 раза (по 2 раза в каждом полупериоде), значит, при подстановке в формулу расчёта мощности частоту переключения нужно увеличить в 4 раза от частоты сети.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2286
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 3 раза
Контактная информация:

#8

Сообщение Алаев Ян » 05 апр 2014, 22:19

poty писал(а): Вывод - использовать в расчётах значение Cд/2
Этот вывод применительно к мостовому включению выпрямительных диодов, т.е. мы измеряем емкость одного диода и в расчетах используем значение Сд/2, все верно?
Стремление к совершенству рождает шедевры!
https://vk.com/alaevlabs

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2286
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 3 раза
Контактная информация:

#9

Сообщение Алаев Ян » 06 апр 2014, 00:36

Изучая вопросы демпфирования колебаний, наткнулся на ранее выложенную статью, только с русским переводом. Далеко не все владеют английским языком, так что русскоязычная версия им будет проще для понимания. Выкладываю.
Стремление к совершенству рождает шедевры!
https://vk.com/alaevlabs

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2286
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 3 раза
Контактная информация:

#10

Сообщение Алаев Ян » 06 апр 2014, 00:43

Хочется спросить автора поста, что он думает по поводу подобных демпфирующих цепочек? Есть ли необходимость в их применении после установки демпфирующей цепочки, параллельной вторичной обмотке трансформатора?
most.GIF
Шунтирование диодного моста
most.GIF (1.61 КБ) 4004 просмотра
Стремление к совершенству рождает шедевры!
https://vk.com/alaevlabs

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3277
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 3 раза
Поблагодарили: 14 раз

Re: Как прикинуть значения демпфирующих цепочек, часть 2

#11

Сообщение poty » 06 апр 2014, 00:59

Yankenfox писал(а):... применительно к мостовому включению выпрямительных диодов... мы измеряем емкость одного диода и в расчетах используем значение Сд/2, все верно?
Да, всё верно!
Yankenfox писал(а):Хочется спросить автора поста, что он думает по поводу подобных демпфирующих цепочек? Есть ли необходимость в их применении после установки демпфирующей цепочки, параллельной вторичной обмотке трансформатора?
most.GIF
Если посмотреть на эквивалентную схему (особенно на ту, что справа в пояснении к диодному мосту), то станет понятно, что эти конденсаторы эквивалентны чистому "конденсатору в параллель вторичной обмотки", только вместо одного включены два последовательно и две пары в параллель. Т.о., прямой ответ на вопрос - нет, не нужны. Дополнение к ответу - использование только этого способа демпфирования излечивает только небольшую часть последствий, а не корень проблемы.
Хотел дописать также ответ на вопрос про практические измерения. В принципе, эксперимент сам по себе очень прост. Берём трансформатор, два диода, конденсатор и создаём этому всему нагрузку, скажем, 200мА. Точная величина нагрузки не важна, главное - не выйти за пределы возможностей трансформатора. Конденсатор, скажем, 10000мкФ, хотя это тоже не важно, можно от 1000мкФ до 20000мкФ. Собираем схему двухполупериодного выпрямителя. Далее - сложнее... подключаем осциллограф параллельно вторичной обмотке и "ловим" шумы переключения. Потом переключаем осциллограф параллельно нагрузке и смотрим, сколько этих шумов осталось после простейшего фильтра. Так мы обнаружим только прямое попадание шумов на выход БП, но, я думаю, и этого будет достаточно, чтобы понять степень их влияния.
Далее собираем демпфер (думаю, резистор и пара конденсаторов точно найдутся) и повторяем вышеприведённые эксперименты.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2286
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 3 раза
Контактная информация:

#12

Сообщение Алаев Ян » 07 апр 2014, 15:19

В ближайшее время мы получим печатные платы модулей трансформаторов и выпрямителей и у нас будет практическая возможность оценить результаты проведенных расчетов.
Стремление к совершенству рождает шедевры!
https://vk.com/alaevlabs

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2286
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 3 раза
Контактная информация:

#13

Сообщение Алаев Ян » 08 апр 2014, 09:59

poty писал(а):В принципе, эксперимент сам по себе очень прост. Берём трансформатор, два диода, конденсатор и создаём этому всему нагрузку, скажем, 200мА. Точная величина нагрузки не важна, главное - не выйти за пределы возможностей трансформатора. Конденсатор, скажем, 10000мкФ, хотя это тоже не важно, можно от 1000мкФ до 20000мкФ. Собираем схему двухполупериодного выпрямителя. Далее - сложнее... подключаем осциллограф параллельно вторичной обмотке и "ловим" шумы переключения. Потом переключаем осциллограф параллельно нагрузке и смотрим, сколько этих шумов осталось после простейшего фильтра. Так мы обнаружим только прямое попадание шумов на выход БП, но, я думаю, и этого будет достаточно, чтобы понять степень их влияния.
Далее собираем демпфер (думаю, резистор и пара конденсаторов точно найдутся) и повторяем вышеприведённые эксперименты.
Почему именно двухполупериодный выпрямитель? В наших платах "SPS" мы планировали использовать диодный мост. Не помешает ли это проведению эксперимента? Сразу возникает вопрос, как "поймать" шумы переключения? Как на фоне переменного напряжения обмотки транса увидеть шумы переключения диодов?
Стремление к совершенству рождает шедевры!
https://vk.com/alaevlabs

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3277
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 3 раза
Поблагодарили: 14 раз

Re: Как прикинуть значения демпфирующих цепочек, часть 2

#14

Сообщение poty » 08 апр 2014, 10:19

Yankenfox писал(а):
poty писал(а):... Берём трансформатор, два диода, конденсатор и создаём этому всему нагрузку...
Почему именно двухполупериодный выпрямитель? В наших платах "SPS" мы планировали использовать диодный мост. Не помешает ли это проведению эксперимента? Сразу возникает вопрос, как "поймать" шумы переключения? Как на фоне переменного напряжения обмотки транса увидеть шумы переключения диодов?
Я в общем плане размышлял, если не использовать плат, а сделать, допустим, на макетке. Меньше деталей просто! :)
По поводу "как поймать". Для этого лучше иметь двухлучевой осциллограф, хотя можно поймать и на однолучевом. Подключаем осциллограф параллельно вторичной обмотке трансформатора и параллельно первому конденсатору фильтра и смотрим с увеличением ту область, где графики пересекаются.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2286
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 3 раза
Контактная информация:

#15

Сообщение Алаев Ян » 08 апр 2014, 10:44

Понятно, похоже, это нужно проделать, чтобы понять, как это выглядит! Очень интересно, не поможет ли для этой цели функция осциллографа "вычитание сигналов"? К примеру, в нашем трансформаторе есть две независимые обмотки по 10В. Если к одной обмотке подключить диодный мост, конденсаторы фильтра и все как положено, включая нагрузку, а ко второй обмотке, только нагрузку мы получим два схожих сигнала: на первом сигнале будет переменное напряжение трансформатора плюс шумы переключения диодов, на втором сигнале будет только переменное напряжение трансформатора. Полагаю, что оба переменных напряжения со вторичных обмоток трансформатора будут идентичными с достаточной точностью. Теперь, если цифровым осциллографом вычесть из сигнала "1" сигнал "2" мы должны получить в чистом виде шумы переключения диодов, что думаете по этому поводу?
Стремление к совершенству рождает шедевры!
https://vk.com/alaevlabs

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3277
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 3 раза
Поблагодарили: 14 раз

Re: Как прикинуть значения демпфирующих цепочек

#16

Сообщение poty » 08 апр 2014, 17:50

Думаю, что это мало чем поможет. Дело в том, что шумы будут лезть и во вторую обмотку тоже. Конечно, на таких частотах будет их ослабление, но не настолько, чтобы при вычитании мы получили только шумы.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2286
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 3 раза
Контактная информация:

#17

Сообщение Алаев Ян » 17 май 2014, 12:41

Алаев Ян писал(а):В ближайшее время мы получим печатные платы модулей трансформаторов и выпрямителей и у нас будет практическая возможность оценить результаты проведенных расчетов.
Вот и настало время на практике оценить проведенные расчеты. В этой ветке идет обсуждение универсального источника питания, мы выбрали модуль "двухканальный выпрямитель" и на нем провели свои исследования.

Для поиска и устранения шумов переключения диодов нам понадобился только осциллограф. Хорошо, если осциллограф цифровой с различными функциями масштабирования и синхронизации - поймать и увидеть помеху на нем будет проще. Модуль питания "двухканальный выпрямитель" был нагружен с помощью резистора, который создавал ток нагрузки 125 мА. Включаем осциллограф и смотрим, что у нас творится на вторичной обмотке трансформатора.
Выход вторичной обмотки трансформатора.jpg
Интерес представляют места, отмеченные красными кружками - именно там можно увидеть помехи переключения диодов.
Выход вторичной обмотки трансформатора_2.jpg
Растягиваем по времени и по напряжению указанную область и смотрим внимательно! Нам удалось увидеть такую картину:
Шумы переключения диодов.jpg
Помехи переключения очевидны и очень наглядны! Применяем методику расчета, представленную Владиславом ("POTY"). Устанавливаем демпфирующие цепи - С1=10 нФ, R1=330 Ом, С2=100 нФ. Включаем и смотрим:
Установлена демпфирующая цепь C1R1C2_10нФ, 330 Ом, 100 нФ.jpg
Работает!!! Результат превзошел все ожидания!!! Я ожидал сглаживания или снижения помех, но ни как их полного исчезновения! Просто блестяще!!!

"+1" Владиславу за великолепную работу по расчету демпфирующих цепей!!!

Сразу появился интерес посмотреть, какое влияние оказывают отдельные составляющие демпфирующей цепочки.
Установили только конденсатор С1=10 нФ, R1 и С2 были удалены. Смотрим:
Только С1=10нФ.jpg
Обратите внимание, что частота колебаний приблизительно 26 кГц, как и предсказывали в расчетах выше. Поэтому, особой необходимости в нем нет в данной демпфирующей цепочке. Конденсатор С1 призван уменьшать частоту резонанса и исключать появление резких пиков. Дело всё в том, что у нашего трансформатора достаточно низкая собственная частота резонанса и понижать её ещё дальше нет никакого смысла. А вот если, как в статье, частота превышает 200 кГц, то тогда нужен дополнительный конденсатор, иначе первый "бросок" будет просачиваться. (цит. Владислав Потапов).

Подключаем отдельно RC цепочку, R1=330 Ом, С2=100 нФ. Смотрим:
только R1C2_330 Ом 100 нФ.jpg
только R1C2_330 Ом 100 нФ_2.jpg
Действительно, эффект подавления помехи отлично достигается только применением RC цепочки. Ну и в заключение, как это реализовано на практике.
IMG_3800.JPG
Демпфирующая цепочка модуля питания
Еще раз огромное спасибо Владиславу Потапову за тонкий расчет и практическую ценность данной методики! Всем удачи и чистого звука и питания! :smile:
Стремление к совершенству рождает шедевры!
https://vk.com/alaevlabs

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3277
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 3 раза
Поблагодарили: 14 раз

#18

Сообщение poty » 17 май 2014, 16:13

Прошу прощения за некоторую неграмотность, допущенную мной в вышеприведённой цитате! :) Писалось на скорую руку и нужно было лишь донести смысл! :)
Я считаю полученные результаты очень убедительными. Вышеупомянутая статья ссылалась лишь на симуляцию процессов, а здесь мы имеем практический результат, весьма близкий к расчётному. Небольшие девиации связаны с погрешностями измерений конденсаторов, погрешностями значений применённых деталей, применялись другие диоды (по сравнению с расчётами) и т.п.
В перспективе найти бы эти "возмущения" на выходе блока питания и сравнить. :) Хотя приведённые результаты лично для меня - более чем полезны.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2286
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 3 раза
Контактная информация:

#19

Сообщение Алаев Ян » 18 май 2014, 11:46

poty писал(а):В перспективе найти бы эти "возмущения" на выходе блока питания и сравнить.
Я обязательно попробую это сделать, во время отладки универсального источника питания я проведу эту работу.

У меня есть предложение - оповестить автора статьи о полученных результатах. Статья была написана в 1995 и получила много откликов, ее переводили на русский язык, а вот практическое подтверждение результатов появилось только сейчас (не претендуем на это, просто нигде ни разу не встречали осциллограмм и практических методик и их результатов, если кто знает - покажите, киньте ссылку). Официальный сайт Джима Хагермана (Jim Hagerman) http://www.haglabs.com/, электронная почта jim@haglabs.com. Полагаю, что Владислав лучше всех справился бы с этой работой, так как в полной мере владеет английским языком и мог бы в 3 предложениях оповестить Джима Хагермана о проделанной работе, думаю, что тут есть обоюдный интерес, во-первых, автору статьи это будет приятно, что он писал ее не просто так, во-вторых очень интересно узнать мнение автора обо всем этом. Плюс, Владислав - автор этой темы.
Стремление к совершенству рождает шедевры!
https://vk.com/alaevlabs

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3277
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 3 раза
Поблагодарили: 14 раз

#20

Сообщение poty » 18 май 2014, 23:31

Идея хорошая! :) Я с Джимом переписывался некоторое время назад! :) Написать попробую, но не думаю, что его это заинтересует! :) Ну, попытка не пытка!
Владислав

Ответить