Как убрать пульсации в импульсном блоке питания

Как убрать пульсации в импульсном блоке питания

Доброго дня. Прошу помощи уважаемого сообщества. Имеется БП марки DSA-60PFB-12 от сетевого хранилища. Симптомы – пульсация выходного напряжения частотой где-то 2Гц под нагрузкой, светодиод мигает в такт. На холостом ходу 12.2В стабильно. При вскрытии ожидаемо обнаружил вспухшие конденсаторы на выходе. Заменил – результата нет. Опыта ремонта импульсных БП нет, начал по кругу проверять комплектуху. Что проверил:

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Импульсные источники питания LM450/600-20Bxx производства компании MORNSUN представляют собой надежные ИП, подходящие для применения в суровых условиях эксплуатации. Особенностью источников питания этой серии является мощность, увеличенная до 450/600 Вт, что существенно расширяет спектр возможных применений. В ИП реализованы необходимые защитные функции, такие как защита от короткого замыкания выхода, перегрузки и превышения выходного напряжения. Изоляция «вход-выход» выдерживает напряжение до 4000 В и резкие перепады температур.

Обзор представленных в Компэл новых серий семейств DDRH и RSDH на DIN-рейку и на шасси для высоковольтных сетей постоянного тока с диапазоном входных напряжений от 150 до 1500 В. Могут применяться для станций зарядки электромобилей и электробусов, ж/д транспорта, систем хранения энергии, альтернативной энергетики, телекоммуникационных центров и центров обработки данных.

Даже на холостом ходе? В холостую-то не пульсирует.

В холостую на выходных банках сохраняется заряд и напруга не успевает просадиться. нагрузите их 10-50мА — и увидите, что тоже прыгает!

В холостую на выходных банках сохраняется заряд и напруга не успевает просадиться. нагрузите их 10-50мА — и увидите, что тоже прыгает!

Там нет транзюка TL431 в обычном корпусе. Есть один SMD с маркировкой что-то типа “треугольник EA1”, к оптопаре одной ногой цепляется. Гугл говорит, что это TL431 и есть. Спасибо за наводку, обычный TL431 у меня есть, попробую заменить. И да, оптопару менял уже.

_________________ Z Мудрость(Опыт и выдержка) приходит с годами. Все Ваши беды и проблемы, от недостатка знаний. Умный и у дурака научится, а дураку и .. Алберт Ейнштейн не поможет и ВВП не спасет.и МЧС опаздает

TL431 — это не транзюк! Это скорей уж ОУ. Но как раз в СМД корпусе он и есть! Он может даже и рабочий, а вот делитель его — резюки СМД могут “течь” — сопротивление может плыть. Или ваще в обрыве!

По крайней мере ясно, куда рыть дальше. Все проверю, отпишусь. Всем спасибо за участие.

Современные контроллеры имеют защиту в виде ограничения времени работы во время запуска. Если оптрон ООС не открывается за положенное время, значит, чип делает паузу перед очередным запуском. При живых электролитах это признак недостаточной мощности преобразователя. Если блок хорошо перегревался, может шить изоляция трансформатора, и вероятность этого выше на больших токах в первичке, т.е. как раз на большой мощности.

Цепь ООС проверяется оптом. Подключаем омметр к выходу оптрона, на стороне сети, а к выходу блока — лабораторный БП, и прогоняем напряжение на нём мимо выходного напряжения снизу вверх, не слишком превышая. В нужной точке оптрон должен открыться, что омметр и покажет.

Проще всего посмотреть напряжения на электролитах осциллографом. НО у всех современных общий сигнальный провод соединён с заземлением в розетке, поэтому чтобы по сетевой части лазить, питание осциллографа нужно развязать трансформатором 220/220. И помнить о допустимой амплитуде напряжения на сигнальном входе. На горячий провод не лазить вообще никак.

_________________ Z Мудрость(Опыт и выдержка) приходит с годами. Все Ваши беды и проблемы, от недостатка знаний. Умный и у дурака научится, а дураку и .. Алберт Ейнштейн не поможет и ВВП не спасет.и МЧС опаздает

Да не, все нормально, сетевое хранилище тянет. Это я, дурак, проверял БП неподходящим устройством. Писали же мне:

Добавлено after 1 minute 20 seconds:

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 21

Пути уменьшения пульсаций в импульсном источнике тока

Рассмотрим ИТ с регулированием по выходному току. Импульсные стабилизаторы напряжения применяются довольно широко, и методика их расчета и критерии устойчивости приводятся во многих источниках [1, 2]. Что касается импульсных ИТ, то они используются реже и в меньшей степени рассмотрены в публикациях.

Следует уточнить, что речь идет об ИТ, которые допускают подключение на выходе параллельного ШИМ-регулятора, замыкающего выход ИТ с частотой в десятки килогерц. Стандартные источники питания, имеющие режим ограничения тока (обратная связь по напряжению и току), такой нагрузки не допускают из-за наличия на выходе конденсатора большой емкости (сотни микрофарад). Такая емкость сама по себе является источником напряжения для быстрых процессов (на частоте 10 кГц сопротивление конденсатора емкостью 100 мкФ равно 0,15 Ом), поэтому подключение параллельного ШИМ-регулятора к такому выходу приведет к закорачиванию выходного конденсатора открытым ключевым элементом ШИМ-регулятора. Такое подключение означает, что энергия заряженного конденсатора будет рассеиваться в виде тепла на ключевом элементе, а средняя рассеиваемая мощность при частоте 10 кГц оказывается неприемлемо большой (5 кВт при напряжении 10 В).

Анализ уменьшения пульсаций в импульсном ИТ

На первый взгляд, чтобы получить импульсный ИТ, достаточно взять импульсный источник напряжения (рис. 1), заменить отрицательную обратную связь по напряжению на отрицательную обратную связь по току и убрать выходной сглаживающий (фильтрующий) конденсатор, как показано на рис. 2.

Рис. 1. Импульсный источник напряжения

Но при этом возникают некоторые сложности. Первое существенное различие состоит в том, что пульсации тока в сглаживающем дросселе импульсного ИТ составляют обычно 10–30% от среднего значения тока, тогда как пульсации напряжения в стабилизаторе напряжения составляют обычно от долей процента до 1–2% и определяются величиной ESR выходных конденсаторов (выбор конденсаторов с меньшим ESR позволяет уменьшить пульсации). Исходя из этого, в ИТ необходимо уменьшать коэффициент усиления в петле обратной связи (то есть уменьшать усиление усилителя ошибки), чтобы исключить ограничение выходного сигнала усилителя ошибки. В свою очередь, уменьшение усиления приводит к ухудшению динамических характеристик: амплитуда переходных процессов при скачкообразном изменении нагрузки от нуля до максимума в ИТ может достигать 30% (в источниках напряжения обычно менее 5%).

Рис. 2. Импульсный источник тока

Можно улучшать параметры ИТ путем увеличения значения индуктивности сглаживающего дросселя (при этом будут уменьшаться пульсации тока, и можно, соответственно, увеличивать усиление усилителя ошибки), но увеличение при этом габаритов дросселя не всегда позволяет решить проблему только таким способом. Другой вариант — уменьшать пульсации тока импульсного ИТ путем увеличения частоты коммутации, но при этом снижается диапазон регулирования выходного тока и возрастают потери, что не во всех случаях приемлемо.

Снижение пульсации тока путем подключения конденсатора параллельно дросселю и настройкой в резонанс на частоте пульсаций (фильтр–пробка) приводит к уменьшению пульсаций при статической нагрузке (резистор), однако при динамической нагрузке (параллельный ШИМ-регулятор на выходе) приводит к ухудшению устойчивости стабилизатора тока. Снижение пульсации тока можно получить за счет установки на выходе (параллельно нагрузке) конденсатора небольшой емкости (доли микро­фарад). Использование параллельного ШИМ-регулятора в качестве нагрузки накладывает определенные требования к цепям обратной связи ИТ.

Одним из критериев, определяющих выбор параметров цепи обратной связи, является субгармоническая устойчивость — отсутствие «дрожания» длительности соседних импульсов ШИМ (субгармонические колебания). Подробно эти процессы описаны в [3], там же приведен пример расчета величины, необходимой slope-компенсации для обеспечения субгармонической устойчивости. В данной статье рассматривается стабилизатор напряжения с токовым режимом (current-mode), но, поскольку в ИТ пилообразные пульсации попадают на вход усилителя ошибки по цепи обратной связи по току и далее на выход усилителя ошибки, то все процессы, описанные в статье, и методика расчета в полной мере распространяются на работу импульсного ИТ.

Радикальным способом улучшения динамических характеристик импульсного ИТ является введение дополнительной положительной обратной связи по напряжению. Моделирование упрощенной схемы ИТ (без ШИМ) с положительной обратной связью по напряжению дает хорошие результаты (при точно подобранных постоянных времени в цепях отрицательной обратной связи по току и положительной обратной связи по напряжению); переходный процесс практически отсутствует — ток абсолютно постоянен. Но, с учетом работы ШИМ внешнего параллельного преобразователя, устойчивость ухудшается. Поясним причины этого.

Во-первых, большинство микросхем ШИМ-контроллеров работает таким образом, что ШИМ регулирует (воздействует) на задний фронт ШИМ-импульса, то есть включение импульса происходит по тактам задающего генератора и не зависит от сигнала обратной связи, а задний фронт формируется компаратором в зависимости от сигнала обратной связи. Из-за этого реакция ШИМ на сигнал положительной обратной связи по напряжению оказывается асимметричной. При уменьшении сопротивления нагрузки реакция практически «мгновенная»: задержка определяется компаратором, драйвером и силовым ключом, а при увеличении сопротивления нагрузки «реагирование» на сигнал обратной связи произойдет только по следующему импульсу тактового генератора. Таким образом, задержка может достигать величины периода тактового генератора и зависит от совпадения фаз изменения нагрузки и тактового генератора ИТ (от совпадения по времени).

Во-вторых, сам ШИМ ИТ является нелинейным. «Пила» slope-компенсации, формируемая тактовым генератором, практически линейна и имеет постоянную амплитуду, а «пила» тока в сглаживающем дросселе линейна (в пределах линейности феррита), но имеет непостоянную амплитуду. Амплитуда пульсаций тока максимальна в середине диапазона нагрузок, когда выходное напряжение равно половине входного, и коэффициент заполнения импульса ШИМ равен 0,5 (скважность 2). При минимальном (КЗ) и максимальном (напряжение на выходе близко к входному) сопротивлении нагрузки амплитуда пульсаций стремится к нулю. В результате для «традиционной» схемы ШИМ (с включением по тактовому генератору и выключением по сигналу компаратора) коэффициент передачи ШИМ получается минимальным при КЗ в нагрузке и максимальным, когда выходное напряжение близко ко входному. Видимо, с этим связано наблюдаемое на практике ухудшение устойчивости импульсного стабилизатора тока при максимальных сопротивлениях нагрузки. Очевидно, что при уменьшении амплитуды пульсаций линейность модулятора будет улучшаться (таким образом, увеличение индуктивности дросселя со всех точек зрения «положительно»). Если величина входного напряжения не постоянна, то коэффициент положительной обратной связи должен быть обратно пропорционален входному напряжению.

Все это усложняет задачу введения положительной обратной связи по напряжению, которая должна быть нелинейная, с зависимостью от выходного и входного напряжения.

Следует рассмотреть вариант понижения пульсаций в многофазных импульсных ИТ. Как уже было сказано, многофазные импульсные источники напряжения широко применяются (на всех современных компьютерных платах). С увеличением числа фаз импульсного ИТ пропорционально уменьшаются создаваемые им помехи и квадратично уменьшаются выходные пульсации. На рис. 3 показана зависимость амплитуды пульсаций от отношения U_вых/U_вх для одно-, двух- и четырехфазных источников.

Рис. 3. Зависимость пульсаций от числа фаз

Эти общие закономерности справедливы как для источников напряжения, так и для ИТ.

Было выполнено моделирование многофазных ИТ (двух-, четырех- и восьмифазных) и проведены испытания макета двухфазного ИТ мощностью 3 кВт (100 В, 1–30 А). В схему был введен дополнительный выходной фильтрующий дроссель, включенный между общей точкой соединения фазных дросселей и выходом (нагрузкой), как показано на рис. 4.

Рис. 4. Двухфазный источник тока

Индуктивность дополнительного фильтрующего дросселя была выбрана вдвое меньше индуктивности фазных дросселей. В точке соединения дросселей пульсации имеют частоту, кратную числу фаз, что увеличивает эффективность фильтрации в дополнительном выходном дросселе. При этом в сигнале обратной связи каждой фазы появляются составляющие пульсации от других фаз, в результате чего форма пульсаций начинает отличаться от пилообразной. Установлено, что устойчивость работы ИТ при работе на динамическую нагрузку ухудшается.

Приведенные результаты показывают, что при разработке мощных импульсных ИТ возникают сложности в выборе параметров основных компонентов схемы. При этом в общедоступной литературе недостаточно сведений для определения критериев выбора параметров компонентов и структуры таких источников.

Как убрать пульсации в импульсном блоке питания

Сглаживающие фильтры питания. Сглаживающие фильтры питания предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Принцип работы простой – во время действия полуволны напряжения происходит заряд реактивных элементов (конденсатора, дросселя) от источника – диодного выпрямителя, и их разряд на нагрузку во время отсутствия, либо малого по амплитуде напряжения. Основные схемы сглаживающих фильтров питания.

Простейшим методом сглаживания пульсаций является применение фильтра в виде конденсатора достаточно большой ёмкости, шунтирующего нагрузку (сопротивление нагрузки). Конденсатор хорошо сглаживает пульсации, если его емкость такова, что выполняется условие: 1 / (ωС) << Rн</b> Во время действия синусоидального сигнала, когда напряжение на диоде выпрямителя прямое, через диод проходит ток, заряжающий конденсатор до напряжения, близкого к максимальному. Когда напряжение на выходе диодного выпрямителя оказывается меньше напряжения заряда конденсатора, конденсатор разряжается через нагрузку Rн и создает на ней напряжение, которое постепенно снижается по мере разряда конденсатора через нагрузку. В каждый следующий полупериод конденсатор подзаряжается и его напряжение снова возрастает.

Чем больше емкость С и сопротивление нагрузки Rн, тем медленнее разряжается конденсатор, тем меньше пульсации и тем ближе среднее значение выходного напряжения Uср к максимальному значению синусоиды Umax. Если нагрузку вообще отключить, то в режиме холостого хода на конденсаторе получится постоянное напряжение равное Umax, без всяких пульсаций.

Работа простейшего сглаживающего фильтра на конденсаторе в цепи однополупериодного выпрямителя поясняется рисунком и эпюрами: Красным цветом показано напряжение на выходе выпрямителя без сглаживающего конденсатора, а синим – при его наличии.

Если пульсации должны быть малыми, или сопротивление нагрузки Rн мало, то необходима чрезмерно большая емкость конденсатора, т.е. сглаживание пульсаций одним конденсатором практически осуществить нельзя. Приходится использовать более сложный сглаживающий фильтр.

Работа сглаживающего Г-образного фильтра на конденсаторе и дросселе в цепи двухполупериодного мостового выпрямителя поясняется рисунком и эпюрами: Как и в примере с однополупериодным выпрямителем, красным цветом показано напряжение на выходе выпрямителя без сглаживающих элементов (конденсатора и дросселя), а синим – при их наличии.

Логично следует, что чем больше ёмкости и индуктивности фильтров, и чем больше в нём реактивных элементов (сложнее фильтр), тем меньше коэффициент пульсаций такого выпрямителя.

В качестве сглаживающих конденсаторов используются электролитические конденсаторы. Чем больше ёмкость, тем лучше. Кроме того, для надёжности, конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение в полтора-два раза превышающее выходное напряжение диодного моста. Определение выходного напряжения выпрямителя и выбор сглаживающего фильтра для блока вторичного питания К описанному в статье, следует добавить важную информацию, используемую для конструирования источников (блоков) питания постоянного тока:

1. Любой p-n переход, любого полупроводникового прибора, в том числе диода имеет характеристику – падение напряжения на переходе. Это напряжение обычно указывают в справочниках. Для германиевых диодов оно может быть от 0,3 вольт до 0,5 вольт, а для кремниевых диодов – от 0,6 вольт до 1,5 вольт.

Это значит, что если мы возьмём трансформатор с выходным напряжением 6,3 вольта, выпрямим его однофазным двухполярным мостовым выпрямителем (диодным мостом) у которого на каждом диоде по справочнику падает по 1 вольту (Uпр.= 1 В), то на выходе выпрямителя мы получим всего лишь 4,3 вольта. Напряжение в 2 вольта «потеряется» на 2-х диодах по пути прохождения тока. Начинающие радиолюбители обычно этого не учитывают, потому и недоумевают, почему на выходе маленькое напряжение.

2. Переменный электрический ток измеряется приборами, которые, как правило, показывают его среднее значение, а не максимальное. Максимальное значение переменного напряжения это – значение электрического напряжения соответствующее его максимальному значению синусоиды.

Среднее значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя соответствует значению: Uср = Umax / π = 0,318 * Umax

Среднее значение напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя соответствует значению: Uср = 2 Umax / π = 0,636 * Umax

Значение среднего напряжения — 0,636 за счёт особенностей конструкции измерительных приборов округляется и принимается равной 0,7.

3. Исходя из изложенного выше, можно сделать вывод, который справедлив в том случае, когда нагрузка на блок питания маленькая. Обратите внимание на рисунки ниже. Выходное напряжение выпрямителей с фильтром питания: а) с большой нагрузкой : б) с маленькой нагрузкой : Эти рисунки поясняют, что при малой нагрузке выходное напряжение выпрямителя с фильтром питания равно максимальной амплитуде синусоиды поступающей на выпрямитель, за вычетом падения напряжения на диодах. Пример определения выходного напряжения, и подбора сглаживающего конденсатора для источника вторичного питания Рассмотрим случай со средним переменным напряжением на выходе трансформатора, измеренным мультиметром равным 6,3 вольта, и нагрузкой (сопротивлением нагрузки) равной 200 Ом.

Выходное напряжение c мостового выпрямителя будет определено следующим образом:

— максимальное напряжение на выходе трансформатора:

Umax = Uизм / 0,7 = 6,3в / 0,7 = 9 вольт

— максимальное выходное напряжение на выходе выпрямителя:

Uвых. = Umax – UVD1 – UVD2 = 9 – 1 – 1 = 7 вольт

— емкость сглаживающего конденсатора выбираем из условия:

1 / (2*π*f*С) << Rн</b> , откуда 1 / (2*π*f *Rн) << С</b>

1/(2*3,14*50*200) = 1,59*10-5 (Фарад) = 15,9 мкФ

— учитывая условие, при котором емкость конденсатора должна быть намного больше полученному по приведенному условию, выбираем конденсатор ёмкостью более чем в пять раз больше расчётного значения — 100 мкФ*16 вольт. Схема, состоящая из трансформатора, выпрямителя и сглаживающего фильтра является источником нестабилизированного питания. От таких источников можно питать любые устройства, потребляющие слабый ток, не критичные к наличию пульсаций и нестабильности питающего напряжения. Для максимального подавления пульсаций и стабилизации питающего напряжения применяют Стабилизаторы напряжения.

Способы борьбы с помехами в импульсных блоках питания

Импульсные блоки питания (ИБП), построенные на основе преобразователей постоянного (выпрямленного сетевого) напряжения в переменное, генерируют нежелательные помехи. На коллекторах (стоках) силовых ключей контролеров ИБП присутствует напряжение, близкое по форме к прямоугольному, размахом, достигающим 600. 700В. Кроме того, в ИБП существуют замкнутые цепи, по которым циркулируют импульсные токи с достаточно крутыми фронтами и спадами (0,1. 1 мкс) и амплитудой до 3. 5А и более.

Поэтому ИБП служит источником интенсивных помех, спектр которых простирается от 16. 20 кГц до десятков мегагерц. Эти помехи распространяются в питающую сеть переменного тока и в нагрузку блока питания, создавая интерференционные полосы на экранах телевизоров, мониторов, снижая отношение сигнал-шум в трактах записи-воспроизведения видеозаписывающей аппаратуры и т.д. Величина этих паразитных сигналов зависит от частоты преобразования, качества входных и выходных фильтрующих цепей, а на частотах свыше 1 МГц — от конструкции и монтажной схемы преобразователя.

Вообще говоря, ШИМ-преобразователи, которые работают с постоянной частотой переключений, генерируют помехи в известной полосе частот, что облегчает задачу их подавления и является одной из причин их широкого применения в схемах импульсных БП бытовой техники.

Однако, импульсные блоки питания, независимо от типа применяемого ШИМ-преобразователя, должны быть оснащены схемами подавления двух основных видов помех. Этими помехами являются входная несимметричная (дифференциальная) и входная симметричная (синфазная) помехи.

Механизмы возникновения, распространения и методы борьбы в импульсных блоках питания с данными помехами рассмотрим на примере соответствующих эквивалентных схем преобразователей.

Рис.1 Возникновение несимметричной помехи

Входная несимметричная помеха является шумовым током, протекание которого обусловлено разностью напряжений Vin между двумя входными проводниками (рис. 1). Ключевой транзистор преобразователя представлен на рисунке в виде переключателя Fs, который последовательно включается и выключается с частотой пдэекточения преобразователя. Нагрузка изображена в виде переменного резистора R_L, сопротивление которого изменяется в зависимости от тока нагрузки. Пассивные элементы L и С соответствуют входному фильтру, встроенному в преобразователь. Кроме того, практически все преобразователи оснащены входным конденсатором Cь, а некоторые также имеют, по крайней мере, небольшую последовательную индуктивность (дроссель), учитываемую в импедансе источника Zs (в Zs также учтена собственная индуктивность сглаживающего электролитического конденсатора сетевого выпрямителя).

Эффективное подавление несимметричной помехи достигается посредством шунтирующего действия конденсатора Сь, который должен иметь высокое качество и характеризоваться малыми эквивалентными последовательными индуктивностью (ЭПИ) и сопротивлением (ЭПС) в соответствующем диапазоне частот (обычно в области частот переключения и выше). В реальных схемах Сь обычно представляет собой конденсатор постоянной емкости 0,1. 1,0 мкф, шунтирующий электролитический конденсатор сетевого выпрямителя. В выпрямителе одновременно стремятся применять высококачественные, как правило, танталовые, электролитические конденсаторы с малыми ЭПИ и ЭПС.

Рис.2 Возникновение паразитной помехи

Симметричная помеха возникает следующим образом. В преобразователе ключевой транзистор, как правило, устанавливается таким образом, чтобы обеспечивался хороший тепловой контакт между его корпусом и шасси БП (радиатором). С целью обеспечения максимальной теплопередачи толщина электрической изоляции между коллектором или стоком ключевого транзистора и шасси делается как можно меньше. В результате между стоком или коллектором транзистора и шасси образуется паразитная емкость Ср (рис.2). Когда транзисторный ключ замыкается или размыкается, возникает ток помехи, протекающий от переключателя через паразитную емкость Ср, R_L и С, а затем через заземление обратно к шасси. Этот ток довольно мал, поскольку паразитная емкость невелика (ее типичное значение меньше 10 пф). В то же время, используемый в преобразователе LC фильтр совершенно неэффективен против этого вида тока помехи, поскольку он протекает не через фильтр, а в обход его.

Симметричная помеха подавляется с помощью симметрирующего трансформатора, который представляет собой катушку индуктивности с двумя обмотками, имеющими одинаковое число витков. Она обладает высоким импедансом для симметричного тока, но практически нулевым для несимметричного.

Несимметричный ток (включающий потребляемый ток) втекает в верхнюю обмотку трансформатора и вытекает из нижней. Поскольку токи через эти обмотки равны по величине и противоположны по направлению, а число витков в обмотках одинаково, результирующий магнитный поток в сердечнике, обусловленный несимметричным током, оказывается равным нулю, хотя величина потребляемого тока может быть очень велика. Благодаря этому в симметрирующем трансформаторе обычно используют сердечник с высокой магнитной проницаемостью без воздушного зазора. Причем он имеет достаточно высокую индуктивность для симметричного тока при использовании обмоток всего в несколько витков. Значительно меньший по величине ток симметричной помехи протекает в основном через нижнюю обмотку, а также и через верхнюю в одном и том же направлении. Следовательно, симметрирующий трансформатор обладает высоким импедансом для токов симметричной помехи.

В качестве дополнительных мер подавления помех в импульсных БП применяются следующие:

уменьшение паразитных емкостных связей между цепями первичного (сетевого) напряжения и вторичными цепями; выбор оптимальных режимов переключения транзисторов и диодов, предотвращающих резкие перепады напряжения; сокращение площади контуров, охватываемых цепями, по которым протекают большие импульсные токи. Важное значение имеет конструкция импульсного трансформатора ИБП. Первичную обмотку, как правило, разбивают на две равные секции, одна из которых наматывается в первых слоях катушки, а другая — в последних. Таким образом, все остальные области располагаются между этими секциями. Кроме того, первичные и вторичные обмотки обычно разделяются внутренним экраном. Достаточно эффективным является применение общего экрана в виде короткозамкнутого витка из медной фольги, охватывающего импульсный трансформатор.

Перечисленных мер, как правило, оказывается достаточно, и поэтому в бытовой аппаратуре импульсные БП обычно применяются без экранирующих кожухов.

Рис.3 Типовая схема сетевого фильтра и выпрямителя

Некоторые из рассмотренных способов борьбы с помехами в ИБП иллюстрируются на примере типовой схемы сетевого выпрямителя (рис. 3), применяемого в конструкциях ВМ и ТВ. Конденсаторы С5. С8, установленные параллельно диодам Д1. Д4 мостового выпрямителя сетевого напряжения служат для подавления несимметричных помех. Эту же роль выполняют конденсаторы С1,2, которые симметрируют потенциалы сетевого провода относительно шасси радиоэлектронной технике.

Как убрать пульсации в импульсном блоке питания

Поэтому практически возможна только минимизация помех, а не их полное исключение. При этом их минимизация осуществляется различными схемотехническими решениями, в том числе и фильтрами.

Следует отметить, что пауза между переключениями, в данной схеме будет существовать всегда, поскольку её для переключения реального транзистора необходимо время.

В приведенной схеме, мы имеем дело с емкостным фильтром, после которого включен ополнительный LC-фильтр (ФНЧ), частота среза которого равна, например, частоте преобразования.

С уважением, Алексей.

Меню пользователя ALEX__A

Посмотреть профиль

Отправить личное сообщение для ALEX__A

Найти ещё сообщения от ALEX__A

Меню пользователя buremot

Посмотреть профиль

Отправить личное сообщение для buremot

Посетить домашнюю страницу buremot

Найти ещё сообщения от buremot

Замечание по схеме, конденсаторы, шунтирующие диоды в мосте используются для «облегчения их жизни». Срезая фронт и уменьшая выброс, связанный с коммутацией. По-этому для той частоты и мощностей, которые Вы собираетесь использовать они не принципиальны.

Готовый ИБП можно и купить, но опять таки, его выходные характеристики (скорее всего, но не обязательно) будут паспортными. А для ИБП пульсации никто не отменял.

Уменьшить пульсации ИБП можно также грамотно используя режим его работы. При скважности близкой к 2 (50% времени от периода один из ключей открыт, другие 50% времени — открыт другой) пульсаций будет меньше. Т.е. ИБП нужно использовать для питания нагрузки близкой к номинальной, что следует учесть при проектировании. (в случае если ОУ маломощные а ИБП уже имеется реализованным, для выхода на необходимую можность необходимо ИБП догружать, например, светодиодами .

Меню пользователя 1_man

Посмотреть профиль

Отправить личное сообщение для 1_man

Найти ещё сообщения от 1_man

Меню пользователя Luzkov

Посмотреть профиль

Отправить личное сообщение для Luzkov

Посетить домашнюю страницу Luzkov

Найти ещё сообщения от Luzkov

Меню пользователя Luzkov

Посмотреть профиль

Отправить личное сообщение для Luzkov

Посетить домашнюю страницу Luzkov

Найти ещё сообщения от Luzkov

С уважением, Алексей.

Меню пользователя ALEX__A

Посмотреть профиль

Отправить личное сообщение для ALEX__A

Найти ещё сообщения от ALEX__A

Я пытаюсь построить не обычный ИБП, а специфический DC-DC преобразователь для металлоискателя. Приведу, для примера, распространённые варианты организации преобразователя питания, используемые в той модели металлоискателя улучшенный вариант которого хочу собрать и я. Положительное напряжение получается через линейный стабилизатор; нуль берётся с минуса батареи; отрицательное напряжение вырабатывается детектированием пульсаций (задаваемых тактовым генератором) положительного напряжения. Минусы: 1) слаботочность минусового плеча и значительные пульсации тока в нём, 2) невозможность получения более высоковольтного питания.

Использован Step-UP конвертер на ИМС MC34063, повышающий напряжение с исходных 6В до 15В, из которых затем получают среднюю точку при помощи ОУ. Частота работы ИМС преобразователя синхронизирована подачей импульсов от тактового генератора передатчика металлоискателя через конденсатор С14 на 3-ю ногу. Минусы: 1) значительные имульсные помехи от преобразователя такого типа, 2) невозможность разогнать такой преобразователь до напряжения 30В.

Напряжение с более высоковольтной чем в других схемах батареи стабилизируется и из него вырабатывается искуственная средняя точка. Сам пробовал такое решение в другом металлоискателе и остался вполне доволен. Минус: не смотря на полное отсутствие пульсаций требуется наличие большой батареи, а для напряжения 30 В — просто громоздкой.

Тактовая частота от передатчика металлоискателя делится на 2 триггером с образованием 2-х синфазных управляющих каналов которые переключают мосфеты создавая меандровые импульсы в первичной обмотке повышающего трансформатора. Из снятого со вторичной обмотки и выпрямленного напряжения формируется искуственная средняя точка. Наиболее предпочтительный, но требующий доработки вариант. Минусы: 1) меандр в первичной обмотке трансформатора создаёт значительные помехи как на выходе преобразователя, так и в цепях первичного питания 2) низкий КПД выпрямителя на одном диоде и высокие пульсации после него, 3) отсутствие стабилизации выходного напряжения.

Предлагаемый мной 2-й вариант схемы преобразователя (на 2-й странице топика) уже гораздо качественнее, чем четыре вышеприведённые схемы, используемые другими металлоискателестроителями. Но он ещё сыроват пока.

Подскажите мне пожалуйста: 1) как избавится от ступенчатых искажений синусоиды в первичной обмотке транса ? 2) что все таки лучше, реальный или виртуальный ноль ?

Меню пользователя karat23

Посмотреть профиль

Отправить личное сообщение для karat23

Найти ещё сообщения от karat23

Обратите внимание, в приведенных Вами схемах БП, использовалось либо преобразование энергии без гальванической развязки вторичных цепей, либо линейные стабилизаторы. В этих случаях реализация полноценного «нулевого канала» весьма затруднительно, и поэтому использование схемы искуственного нуля может быть оправдано.

Вы проектируете полноценный двухтактный преобразователь с гальванической развязкой вторичных цепей, при которой оптимальным является использование «нулевого канала» в виде отвода от средней точки трансформатора, как с точки зрения построения двухканального БП, так и с точки зрения снижения помех, за счет возможности реализации эффективной схемы экранирования.

Поэтому использование «реального нуля» предподчтительнее.

В первичной обмотке трансформатора присутствуют биполярные прямоугольные импульсы, которые, в силу наличия реактивной составляющей, на экране осциллографа очень похожи на синусоиду. Избавится от искажений можно только в одном случае — при использовании синусоидального задающего генератора, в других случаях их можно только минимизировать.

Однако, построение синусоидального генератора высокой мощности достаточно сложная задача.

Поэтому целесообразней использовать традиционные схемы ИБП, но минимизировать помехи возникающие во вторичных цепях. Пульсации выпрямленного напряжения, даже используя элементарный фильтр, на частоте преобразование 16 кГц (на выходе двухполупериодного выпрямителя мы получим пульсирующее постоянное напряжение частотой 32 кГц) при нагрузке 100 мА, будут минимальны.

Остаются помехи из первичных цепей. Их можно устранить используя рациональный монтаж элементов первичных цепей преобразователя ИБП для снижения емкости монтажа, качественно изготовленный трансформатор, использование демпфирующих цепей в первичной обмотке трансформатора, для снижения амплитуды выбросов, экранирование устройства и импульсного трансформатора, а также фильтры настроенные на частоту преобразования во вторичных цепях источника, с необходимой полосой пропускания.

Таким образом, Вы минимизируете возможные помехи во вторичных цепях источника и добъетесь необходимой стабильности выходного напряжения.

Как измерить шумы и пульсации источника питания с помощью осциллографа?

Эксперт — Сергей Пустовой

Технический консультант, специалист по электромонтажным, ремонтным и наладочным работам, кандидат наук

Оценка параметров источников питания (ИП) производится на этапе их производства, приёмке в эксплуатацию, а также после длительного использования на стадии периодических плановых испытаний. Однако воспринимать выполнение подобных операций, как простые, будет ошибочно. Это связано с необходимостью учёта целого ряда аспектов. Одним из них считается техника проведения замеров, другим — их условия.

Причины зашумлённости

Большинство блоков питания (БП), а также регуляторов мощности, используемых в электронике, представляют собой импульсные устройства. Уже из-за своей конструкции обладают различными уровнями помех на выходе. На их величину влияют:

• Внутренние факторы:
  • Отсутствие изоляции между входом и выходом;
  • Неисправности компонентов, например, трансформатора или конденсаторов;
  • Работа контроллера ШИМ;
  • Естественный гауссовский шум.
  • Помехи, поступающие из электросети;
  • Электромагнитное излучение от близлежащих установок.

  Внешние причины

  Достаточно редкая причина — это наведение электропомех от внешних источников электромагнитного излучения. Генератором помех чаще всего выступают различные высокочастотные установки, например, радиопередатчики или микроволновые излучатели. Также причиной могут послужить электромагнитные бури из-за вспышек на солнце.

  Сетевые электропомехи не считаются большой редкостью. Причины их появления:

  • Коммутационные переключения сетей;
  • Включение, а также отключение промышленных силовых нагрузок;
  • Атмосферные перенапряжения;
  • Аварии и аварийные режимы работы электросети.

  В большинстве случаев со сбоями в работе электросети справляются входные фильтры блоков электропитания, а также встроенная защита.

  Схема наведения перенапряжения в линию в случае удара молнии (слева) и динамика прохождения тока (справа)

  Внутренние причины

  Как не хотелось бы нам иметь идеальный ИП, но от искажений на выходе никуда не деться. Если не касаться неисправностей и конструктивных особенностей БП, то причин зашумлённости немного.

  Первая — это гауссовский шум, обусловленный тепловым движением электронов в проводника и полупроводниковых элементах. Повлиять на его величину практически невозможно. Благодаря равномерному распределению, а также аддитивности, его можно отфильтровать встроенными функциями осциллографа.

  Частота пульсаций белого шума на RIGOL DS1054Z

  Вторая причина — коммутационные помехи, порождаемые работой самого БП. Их источником выступают внутренний генератор, а также другие вспомогательные электронные компоненты, участвующих в генерации высокочастотного импульса.

  Отличить коммутационные искажения просто, их появление напрямую связано с частотой внутреннего генератора, а также срабатыванием электронных ключей.

  Зафиксированные на RIGOL DHO4204 искажения вызванные коммутационными процессами

  Третьим источником выступает сама нагрузка. При её резком изменении ИП не успевает мгновенно отреагировать на новые условия. Причина этому — инертность, создаваемая конденсаторами. Они будут либо расходовать свой заряд для поддержания нагрузки, что приведёт к снижению потенциала на выходе, либо накапливать избыточную энергию, что способствует его повышению. За несколько циклов разряда-заряда конденсаторов ИП перестроится к новым условиям и параметры на выходе стабилизируются.

  Временные графики переходного процесса на выходе, создаваемого изменением нагрузки

  Условиями, которые могут существенно повлиять на результаты замеров переходного процесса, являются скорость нарастания изменения нагрузки, начальный, а также конечный токи.

  Также медленнее происходит подстройка блок питания к новым условиям и выше вероятность повреждения компонентов.

  При исследовании переходных процессов интерес представляют величина отклонения напряжения на выходе, а также время, необходимое блоку для восстановления.

  Негативный эффект

  Любые преобразования питающего напряжения неизбежно ведут к отклонению его формы от первоначальной. Даже небольших изменений достаточно, чтобы активно влиять на работу электронных устройств.

  Помехи в электронике способны вызывать искажение передаваемых импульсов, что сопровождается:

  • Ухудшением качества воспроизводимых аудио- и видеосигналов;
  • Росту числа ошибок в передаваемых данных;
  • Повреждению электронных компонентов потребителей.

  В связи с этим оценка качества, выходных параметров ИП, очень важна. При этом зафиксировать их малые отклонения может быть весьма затруднительно. Причина этому — наведение помех внешними электромагнитными полями. Правильное выполнение осциллографических замеров повышает достоверность получаемых результатов.

  Правила проведения замеров

  Общие правила

  Перед началом проведения замеров важно помнить следующее:

  • Нагрузка оказывает значительное влияние , поэтому диагностика должна проводиться в условиях, которые указаны в техническом паспорте изделия;
  • Входное напряжение также влияет на результат испытаний , поэтому их следует проводить при всех интересующих диапазонах;
  • Пробник должен располагаться в максимально близко к последнему конденсатору выходного фильтра ;
  • При исследовании переходных процессов необходимо использовать два канала осциллографа . Первый используется для регистрации переходного процесса, второй — предназначен для регистрации импульса, синхронного изменению нагрузки. Он станет триггером для отслеживания временных параметров;

  В случае наличия конкретных методик и рекомендаций, установленных производителем или стандартом, применяемых для проверки оборудования, необходимо пользоваться ими в обязательном порядке.

  Правильная техника замера с помощью осциллографа

  Прежде чем приступить к проведению замеров пульсаций или же переходных процессов, необходимо учесть некоторые особенности осциллографических измерений. Поскольку величина интересующего нас сигнала измеряется всего в тысячных вольта, то любой усиливаемый внутренний сигнал, или же поступающий извне, может легко повысить шумность или исказить его. Это может привести к получению недостоверных результатов. Поэтому крайне важно устранить эту проблему с помощью правильных приёмов и техник.

  Одним из основных действий, что может выполнить тестировщик для обеспечения качественной диагностики, — это минимизировать петлю заземления, создаваемую пробником. Образующаяся петля создаёт индуктивность, которая способна усилить внутренние, а также внешние наводимые шумы.

  Обычно пробники оборудуются зажимом для присоединения заземления типа «крокодил», подобным тому, что показан на рисунке ниже.

  Дифференциальный пробник для осциллографа P6100 (1:10, 100МГц)

  Несмотря на простоту присоединения, такие заземляющие зажимы приводят к образованию больших петель. Их не рекомендуется использовать для выполнения подобных измерений.

  Большой контур заземления, образуемый длинным заземляющим зажимом

  Специально для решения подобных ситуаций существуют два распространённых и предпочтительных приёма осуществления измерений. Это методы «кончика и гильзы», а также «скрепки». Они обеспечивают небольшую по размеру петлю заземляющего контура.

  Метод «кончика и гильзы»

  При использовании приёма «кончика и гильзы» удаляется крючок и изолирующий колпачок. При этом кончик щупа и гильза зонда остаются обнажёнными. Конец пробника прикладывается к контакту с выходным напряжением, а пробник наклоняется так, чтобы гильза, подключённая к линии заземления, контактировала с точкой земли на плате.

  К особенностям такого технологического приёма можно отнести:

  • Соединяемые точки должны располагаться очень близко друг к другу;
  • Доступные к присоединению точки могут быть неидеальными;
  • Присоединяемые контакты могут находиться на значительном удалении от необходимого конденсатора выходной цепи.

  Пример идеального использования метода «кончика и гильзы»

  Метод «скрепки»

  Приём «скрепки» значительно удобен. Суть его заключается в том, что он позволяет пользоваться пробником как пинцетом. Сама скрепка представляет из себя свитый из проволоки цилиндр с одним выступающим концом, надеваемым на гильзу щупа.

  Виды осциллографических «скрепок», а также пример их размещения

  «Скрепка» позволяет выполнить наконечник пробника, похожим на пинцет. Она повышает удобство использования, при этом создавая небольшую по площади петлю заземления.

  Пример использования метода «скрепки»

  Рассмотренные техники являются не единственными, но одними из наиболее распространённых. Для получения хорошей осциллограммы пульсаций тока всегда нужно стараться обеспечить, такую петлю заземляющего контура, чтобы она была как можно меньше.

  Осциллограммы импульсного блока питания: измерение фазовых шумов при большом контуре заземления (слева), а также при использовании приспособления — скрепка (справа)

  Рекомендации

  Оценка качества импульсного напряжения ИП — это обычная часть проводимых испытаний. При измерении его характеристик с помощью осциллографа важно минимизировать площадь петли, создаваемой между наконечником щупа и контактом заземления. Это позволяет избежать искажения рассматриваемых пульсации выходного напряжения.

  Помимо применения правильной техники выполнения замеров, также важно соблюдать все условия, а также корректно проводить сравнения, с учётом указаний, отмеченных в техническом описании к устройству.

  Для уменьшения и предотвращения пульсации на выходе блока питания можно применять различные методы, включая использование фильтров, стабилизаторов напряжения, экранирования проводов, а также отдельных элементов схемы. Также этому способствует правильная разводка силовых линий и заземлённых цепей.

  Всё это поможет обеспечить более стабильное и «чистое» электропитание для вашей электроники, а также уменьшит негативное влияние помех и шумов.