Power Electronics

Добрый день.

Я не искал специально на этом форуме ответ на этот вопрос. Возможно, он уже существует?
Есть обратноходовый источник питания (10-15 Вт) (условно БП №1), который предполагается использовать для питания аудиотехники. От БП требуется минимальный уровень импульсных помех. Сглаживание пульсаций выходного напряжения не представляет особых проблем и достигается CLCLC фильтром. Но вот подавление синфазной помехи вызывает трудности. Синфазной помехой я называю импульсные пики на осциллографе, входные щупы которого соединены в одной точке и эта точка подключена к любому выводу напряжения БП.
Опыт показывает, что импульсные обратноходовые источники достаточно сильно различаются по этому параметру. Наиболее дешевые конструкции (ЗУ сотовых телефонов, не содержащие синфазного дросселя) могут давать пики величиной в единицы вольт. Наиболее же качественные источники дают пики величиной менее 20 мВ.
Один из таких источников (условно БП №2) я разобрал и последовательно удалил из него все помехоподавляющие элементы, кроме входного синфазного дросселя и конденсатора параллельно трансформатору (экраны трансформатора внешние и внутренние, общую экранировку, ферритовые трубки, все прочие синфазные дроссели и их высоковольтные емкости). В заключении я поменял выпрямительный диод, демпфирующую цепь параллельно первичной обмотке трансформатора, синфазный дроссель, емкость параллелно трансформатору и даже сам трансформатор (оказалось возможно) в этом БП №2 на те, которые используются в БП №1. В результате всех этих переделок синфазная помеха БП №2 (у него из родного остались только ключ и схема управления) возросла с 20 до 40-50 мВ. Но она по прежнему заметно меньше, чем у БП №1.
Так в чем же причина? От чего эта помеха зависит в наибольшей степени (после синфазного дросселя и конденсатора параллелно трансформатору)? Может ли она зависеть от схемы управления и типа ключа? Например, в БП№1 используется микросхема типа “все в одном”, а в БП №2 – силовой ключ отдельно.
Самый главный вопрос – как наиболее эффективно снизить синфазную помеху?

Плавнее включать ключ , если есть возможность по динамическим потерям. основная помеха - во время включения ключа в таких обратноходах. Емкость сток-исток ключа тоже снижает, с ростом потерь.

Межземельный конденсатор. Его емкость напрямую влияет . Желательно иметь два таких конденсатора, Замыкающих горячие и холодные земли так, чтобы вокруг транса с ключам образовывался контур, замкнутй по переменке (через межземельные конденсаторы)

топология разводки. Токонесущий контур от ключа через демпферную емкость (сток-исток) должна быть минимально конструктивно возможной. Тоже самое по контуру ключ - транс - емкость входного фильтра.

Вряд-ли я смогу реализовать более плавное включение ключа. Как можно повлиять на этот параметр, имея схему БП на импульсной микросхеме вроде TOP?

Межземельный конденсатор - это видимо тот, который стоит с первичной обмотки на вторичную? Или тот, что связан с землей напрямую? В моем источнике нет непосредственно клеммы земли. Конденсатор между обмотками очень сильно влияет на помехи, однако эксперименты с его емкостью в основном приводят только к их увеличению. Честно говоря, я не вполне понимаю, как он работает и как лучше его включать. И что означает "два конденсатора" и "контур, замкнутый по переменке вокруг транса"?

Топология БП№1 в плане коротких проводов заметно лучше, чем у БП№2, т.к. он сам в четыре раза меньше размером.

Можно ли уменьшить синфазную помеху какой-либо модификацией трансформатора? Или дополнительным выходным синфазным дросселем? Может можно поставить какие-то демпфирующие цепи?

Можно. Делается просто. Берете металлический лист 50х120 см , чтоб поместились приборы, ваш источник, ну там еще что по мелочи. Землю выхода источника соединяете коротким проводом с этим листом . Осциллограф "заземляете" на лист от клеммы заземления тоже коротким проводом. Провод щупа от осцилла должен лежать на листе на пути от осцилла до вашей схемы.

Меряете помеху , которую раньше меряли без листа. Удивляетесь малым значениям.

Не могу же я то же самое сделать с любой произвольной нагрузкой. Получить минимум пиков на осциллографе таким образом можно, но ведь цель не в этом.

Сергей Жуков
не всегда то, что вы видите на осциллографе, соответствует реальности. Особенно это касается помех.

Поскольку другого надежного способа измерить величину синфазной помехи у меня нет, я пользуюсь таким способом. Очевидно, что он весьма относительный, и нельзя говорить о совпадении результатов у разных людей, но сравнивать различные конструкции БП по критерию "лучше/хуже" на этом конкретном осциллографе по такой методике вполне возможно.
Исследуя разные импульсные конструкции я вижу, что эта помеха может быть самой разной. Изменения, вносимые в схему, адекватно влияют на величину этой помехи, поэтому я считаю, что показания осциллографа в данном случае образованы не просто суммой случайных влияний, но отображают обьективную величину.
Я знаю, что синфазную помеху можно либо уменьшить при помощи соответствующего управления транзистором, либо отфильтровать ее при помощи LC фильтров без непосредственного заземления. Как же это сделать?
А самое главное - физика возникновения этой помехи. Может кто-нибудь обьяснить мне, как она возникает и что в наибольшей степени влияет на нее? В каких конструкциях (обратно и прямоходовые, полу и мосты и т.д.) она наиболее сильная? Как зависит от частоты? От конструкции трансформатора? От алгоритмов управления? И где можно про это подробно прочитать?
Вообще ведь это одна из главных проблем импульсных блоков, т.к. это почти единственная причина, почему они еще не полностью вытеснили трансформаторные блоки. По этому вопросу наверняка уже много написано.

написано много , гугл не отменяли.
http://www.power-e.ru/2006_02_46.php
http://www.dsioffe.narod.ru/articles/ch ... hokes2.htm
http://tsdrive.industrialnet.org/page/p ... ility.html

Хорошие картинки содержатся во второй ссылке. Кое-что проясняется. В частности ясно, что синфазная помеха может каким-то образом замыкаться внутри ИБП по металлическому корпусу. Похоже, что хороший вариан гашения синфазной помехи состоит в том, что вся схема ИБП окружается металлическим экраном (выполняет роль локальной земли, усреднителя потенциала), а все точки, в которых возникают "иглы" помехи, нужно соединить через конденсаторы малой емкости с этим корпусом. Тогда все части ИБП окажуться "подтянутыми" друг к другу на высокой частоте, а синфазные помехи (которые раньше замыкались через внешние устройства) в значительной мере станут дифференциальными (т.е замкнуться внутри ИБП), справиться с которыми уже легче.

Пока читал литературу, нашел в книге Головкова А.В. "Блоки питания для системных модулей..." (книга редкой ясности изложения) такую фразу (стр.63): "В современных ИБП паразитную межвитковую емкость трансформатора уменьшают за счет компенсационной намотки трансформатора, и тем самым исключают двойной электростатический экран, как меру, традиционно применявшуюся в более ранних конструкциях импульсных трансформаторов.". Что это за намотка? Как она выглядит?

Сергей Жуков - синфазные дросели Вам помогут
и блокировочные конденсаторы по входу - выходу...
с намоткой можно не парится.. лучше поборотся с причиной возникновения этого ВЧ шума, и его фильтрацией
тау - прав, насчет листа металического, иначе помехи наводятся через цепь - осцилограф - сеть - ИБП
и потому даже крутой осцил может показывать погоду на Юпитере
можно еще взять кольцо феритовое и продеть через мего щуп осцила сделав 10 витков.. такой "синфазный дроссель "весьма неплохо помогает при роботе с ИБП

_________________
Стрелой горящей поезд режет темноту
послушный неизвестным силам .......
....В руках билет, чтоб мог ты с поезда сойти
И не играть в игру чужую
Но нет того, кому ты можешь предъявить
Свой тайный пропуск в жизнь другую (С)Ария

Действительно, конденсаторы со входа синфазного дросселя на корпус в сочетании с соединением на корпус обшего провода вторичной цепи снизили импульсы помехи до нужной величины. Раньше этих элементов в схеме не было, а подавление помехи было организовано при помощи конденсатора с первичной обмотки трансформатора на вторичную. Интересно, что если ставить входные конденсаторы до синфазного дросселя, то это хорошо помогает. А если после - то это даже ухудшает ситуацию.
Еще один интересный момент: установка дополнительных емкостей во вторичной цепи на корпус помогает еще более снизить импульсные помехи. Причем если емкость входных конденсаторов дросселя некритична, то емкость конденсаторов во вторичной цепи имеет значение. Искать оптимум методом перепайки емкостей неудобно. Гораздо удобнее взять конденсатор с сильной зависимостью емкости от температуры (при ее увеличении емкость падает) и нагревать его паяльнико или феном прямо в работающей схеме. Этот прием вообще можно применять повсеместно. Например, в настройке снабберных цепей.

все практически посты , - класика(можно прочитать в любом учебнике). но (может я не заметил или я не увидел(тоже такое бывает)) 1. схемы№1,и схемы №2.
2 каждый элемент имеет свой диапазон помех:- диоды моста - свой; ключи, свои; вых диоды, -свой диапазон помех.
3.не расписана элементная база.
4.не понятно в каком режиме работает транс: в режиме прерывистых токов, или непрерывных, или в граничном режиме. и соответственно для каждого режима работы транса существуют свои, какие-то ограничения, и методы борьбы с помехами.

P.S.что-то меня сегодня понесло от выпитого

Трансформатор работает в режиме прерывистых токов в обоих схемах. Из трех моментов переключения полупроводниковых приборов (1- включение транзистора, 2 - выключение транзистора/включение диода, 3 - выключение диода) наибольшую помеху вносят первые два. Третий пренебрежительно мал.

Схемотехника такая: Схема 1: Интегральный ключ SVD2N60F, диод SR5100. Максимальная мощность 50 Вт.

Схема 2: ключ К2843, диод MBR20100CT, ШИМ-микросхема DAP001. Максимальная мощность 18 Вт.

Но вообще я уже добился снижения импульсной помехи до нужного уровня, так что думаю, что обсуждать эти схемы далее нет смысла. Главный вывод, который я сделал в ходе экспериментов - необходимо правильное экранирование и правильное электрическое соединение экрана со схемой, обязательное применение синфазного дросселя и правильное включение высоковольтных импульсных конденсаторов (иногда требуется эксперимент). Синфазная помеха так же очень сильно растет в случае расположения схемы рядом с любыми электрически несвязанными с ней токопроводящими телами. Поэтому импульсную схему нельзя оставлять неэкранированной.
В общем: электрически соединенный со схемой экран образует с ней конденсатор, в котором переменное электрическое поле импульсной схемы замыкается и не воздействует более с окружающими телами, синфазный дроссель подавляет синфазный ток (синфазное напряжение, т.е. одновременное увеличение потенциала на обоих выходных проводах такой дроссель не может подавить), а высоковольтные конденсаторы нужны для балансировки схемы. Механизм их работы схож с механизмом балансировки автомобильного колеса при помощи противовеса. Так например, хороший двигатель внутреннего сгорания практически не дает вибрации наружу при работе, несмотря на то, что его внутренние детали испытывают сильные ударные нагрузки. Это достигается балансировкой противовесами (емкости), увеличением массы неподвижных деталей (синфазный дроссель) и демпфированием при помощи резиновых прокладок (экранирование).

- а какие вопросы, такие и ответы ...

_________________
Стрелой горящей поезд режет темноту
послушный неизвестным силам .......
....В руках билет, чтоб мог ты с поезда сойти
И не играть в игру чужую
Но нет того, кому ты можешь предъявить
Свой тайный пропуск в жизнь другую (С)Ария

от тож
Сим хочу сказать, что правильно сформулированный вопрос, уже, исть на 50%, а то и более, решения задачки

_________________
Есть только миг между прошлым и будущим, именно он называется ЖИЗНЬ ©