Фильтрация выходного напряжения импульсного блока питания

Сглаживающие фильтры выпрямителей блоков питания.

Ёмкостные, индуктивно-ёмкостные, активные сглаживающие фильтры.
Схемы, свойства, онлайн калькулятор.

Потолковали мы основательно на предыдущей странице про разные виды диодных выпрямителей, перебросились парой фраз на тему простейших ёмкостных фильтров, а вопрос достижения параметра коэффициента пульсаций К_п в пределах 10 -5 . 10 -4 так и повис в воздухе — уж очень немалым получается номинал ёмкости сглаживающего конденсатора.

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения К_п является важнейшим параметром выпрямителя. Его численное значение равно отношению амплитудного значения пульсирующего напряжения к его постоянной составляющей.
Напомню выдержку из печатного издания, приведённую на предыдущей странице:

«Коэффициент пульсаций выбирают самостоятельно в зависимости от предполагаемой нагрузки, допускающей питание постоянным током вполне определённой «чистоты»:
10 -3 . 10 -2 (0,1-1%) — малогабаритные транзисторные радиоприёмники и магнитофоны,
10 -4 . 10 -3 (0,01-0,1%) — усилители радио и промежуточной частоты,
10 -5 . 10 -4 (0,001-0,01%) — предварительные каскады усилителей звуковой частоты и микрофонных усилителей.»

Помимо этого в характеристиках выпрямителей может использоваться и понятие коэффициента фильтрации (коэффициента сглаживания).
Коэффициент фильтрации, он же коэффициент сглаживания — величина, численно равная отношению коэффициента пульсаций на входе фильтра к коэффициенту пульсаций на выходе фильтра К_с = К_п-вх/К_п-вых .
Для многозвенных фильтров коэффициент фильтрации равен произведению коэффициентов фильтрации отдельных звеньев.

В слаботочных цепях вопрос снижения пульсаций решается легко и кардинально — применением интегральных стабилизаторов. Параметр подавления пульсаций (Ripple Rejection) у подобных массовых ИМС составляет не менее 50дБ (в 360раз по напряжению), что при высокой «чистоте» выходного напряжения позволяет уменьшить ёмкости электролитов в 5-10 раз.

Если же у разработчика нет возможности (либо желания) включать в состав устройства стабилизаторы напряжения, то реальным подспорьем окажутся индуктивно-ёмкостные или активные сглаживающие фильтры.

Начнём с фильтров, выполненных из индуктивных элементов – дросселей и из ёмкостных элементов – конденсаторов.

Рис.1

На Рис.1а приведена схема простейшего ёмкостного сглаживающего фильтра. Принцип действия заключается в накоплении электрической энергии конденсатором фильтра и последующей отдачи этой энергии в нагрузку.

Для того чтобы не ограничиваться 50-ти герцовыми блоками питания, но и иметь возможность расчёта фильтров импульсных ИП, приведу универсальные формулы, учитывающие частоту входного сигнала F :
С1 = I_н/(3,14×U_н×F×К_п) для однополупериодных выпрямителей и
С1 = I_н/(6,28×U_н×F×К_п) — для двухполупериодных.
К_п — это коэффициент пульсаций, равный отношению амплитудного значения пульсирующего напряжения к его постоянной составляющей, а
F — частота переменного напряжения на входе диодного выпрямителя.

Переходим к индуктивно-ёмкостным LC фильтрам.
ВНИМАНИЕ. Потребность в такого рода цепях возникает исключительно в случаях необходимости получить низкий уровень пульсаций в достаточно мощных сетевых блоках питания, либо в высокочастотных импульсных ИП. Связано это с тем, что для эффективной работы LC-фильтра, индуктивное сопротивление катушки X_L на частоте подавления стремятся сделать значительно больше Rн. А это, в свою очередь, приводит к тому, что в условиях низких частот и малых токов (высоких Rн) индуктивность дросселя получается необоснованно высокой.

Г-образный индуктивно-ёмкостной LC фильтр 2-го порядка (Рис.1б) обладает значительно лучшими фильтрующими свойствами по сравнению с обычным ёмкостным.
Произведение LC (Гн*мкФ) зависит от необходимого коэффициента сглаживания фильтра и определяется по приближенной формуле:
L1(Гн)×С1(МкФ) = 25000/(F 2 (Гц)×К_п) для однополупериодных выпрямителей и
L1×С1 = 12500/(F 2 ×К_п) — для двухполупериодных, где
С1(МкФ)/L1(мГн) = 1000/R_н 2 (Ом) .

Схема П-образного LC-фильтра приведена на Рис.1в. Сглаживающее действие П-образного LC-фильтра можно упрощённо представить как совместное действие двух фильтров, описанных выше, а коэффициент сглаживания — как произведение коэффициентов сглаживания звеньев: ёмкостного и Г-образного индуктивно-ёмкостного.
Наилучшими фильтрующими свойствами обладают LC-фильтры Чебышева. Напишем формулу, исходя из рекомендаций, изложенных на странице ссылка на страницу:
С1 = С2 ; С1(МкФ)/L1(мГн) = 1176/R_н 2 (Ом) .

Уменьшить напряжение пульсаций на выходе однозвенного П-образного LC-фильтра можно, включив параллельно дросселю L1 неполярный конденсатор С3 (Рис.1г), который вместе с индуктивностью катушки образует режекторный фильтр. Если ёмкость конденсатора С3 выбрать такой, чтобы резонансная частота контура L1-С3 равнялась частоте пульсаций (F при однополупериодном выпрямлении или 2F при двухполупериодном), то большая часть напряжения пульсаций задержится этим контуром и лишь незначительная перейдёт в нагрузку.
Итак: С3 = 1/(39,44×L1×F 2 ) для однополупериодных выпрямителей и
С3 = 1/(9,86×L1×F 2 ) — для двухполупериодных.
Все остальные номиналы элементов — такие же, как в предыдущей схеме.

Давайте сдобрим пройденный материал онлайн таблицей.

КАЛЬКУЛЯТОР РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ СЛАЖИВАЮЩЕГО ФИЛЬТРА БЛОКА ПИТАНИЯ.

Выбор схемы фильтра &nbsp

Тип выпрямителя &nbsp

Частота напряжения с обмотки трансформатора (Гц)

Выходное постоянное напряжение Uн (В)

Максимальный ток нагрузки Iн (А)

Пульсации выходного напряжения (%)

Минимальное сопротивление нагрузки Rн (Ом) Ёмкость конденсатора С1 (МкФ) Индуктивность дросселя L1 (мГн) Ёмкость конденсатора С3 (МкФ)

Транзисторные фильтры по сравнению с ёмкостными сглаживающими фильтрами имеют меньшие габариты, массу и более высокий коэффициент сглаживания пульсаций. Они позволяют уменьшить в десяток раз (при том же уровне пульсаций) номинал сглаживающего конденсатора, либо уменьшить в аналогичное количество раз амплитуду пульсаций при неизменном значении ёмкости.

Рис.2

Читайте также:  Минимальное напряжение литий титанат

На Рис.2а представлена схема наиболее распространённого транзисторного фильтра.

Напряжение с высокой амплитудой пульсаций, поступающее на коллектор транзистора, по сути, является напряжением питания эмиттерного повторителя, образованного Т1.
В это же самое время цепь базы питается через резисторы смещения и интегрирующую цепь R1C1, которая сглаживает пульсации напряжения на базе. Чем больше постоянная времени T=R1C1, тем меньше пульсации напряжения на базе, а так как устройство представляет собой эмиттерный повторитель, то на выходе фильтра пульсации будут столь же малыми, как и на базе.
Для того, чтобы снизить зависимость напряжения на выходе фильтра от уровня передаваемой мощности, ток через делитель R1R2 выбирают в 5…10 раз большим, чем ток, ответвляющийся в базу при минимальном сопротивлении нагрузки.
При расчёте номиналов элементов делителя, следует исходить из напряжения на базе транзистора:
U_б = U_вх — U_{вх пульсаций} — (2,5. 3В) .
В этом случае будет обеспечена работа регулирующего транзистора в активном режиме, а падение напряжения на нём составит величину:
U_кэ = U_{вх пульсаций} + (3,1. 3,6В) .
Коэффициент полезного действия транзисторного фильтра будет тем больше, чем меньше падание постоянного напряжения на силовом транзисторе. Из формулы видно, что для обеспечения высокого КПД активного сглаживающего фильтра, на вход устройства следует подавать уже отфильтрованное до определённого уровня напряжение.
На практике это делается включением на вход простейшего ёмкостного фильтра (Рис.1а), уровень пульсаций которого можно посчитать на приведённом выше калькуляторе.

Источник

Тема: Фильтрация помех импульсного БП медиаплеера используя LC-фильтр

Опции темы

Фильтрация помех импульсного БП медиаплеера используя LC-фильтр

Есть медиаплеер со импульсным БП, на выходе которого есть +12 / +5 Вольт. (А так же дежурка и -12, которые меня по сути не интересуют)
В подарок получил две катушки, индуктивностью 2мГн, но относительно маленьким сечением в районе 0,5 — 0,6. Катушки на воздухе.
Токи у мастера, который в плеерах разбирается узнавал. Максимум по +5 идет ориентировочно 3 — 4А
Сопротивление катушки естественно будет не маленькое..
Частоту, на которой гадит блок пит не знаю, могу вечером попробовать замерить.
Отматывать катушку, желания нет. Сделана на заводе на воздухе.

———- Сообщение добавлено 11.49 ———- Предыдущее сообщение было 11.43 ———-

ps. Есть пару электролитов 30000/16v и плёночных разных

Re: Фильтрация помех импульсного БП медиаплеера используя LC-фильтр

для фильтрации по питанию, лучше подходят дроссели намотанные на кольце феррита с диапазоном DC-1МГц (T106.26)

Re: Фильтрация помех импульсного БП медиаплеера используя LC-фильтр

А когда их нет, а есть вот пару таких изделий?)

———- Сообщение добавлено 12.01 ———- Предыдущее сообщение было 11.59 ———-

Читайте также:  Диод падение напряжения таблица

Можно конечно же еще вставить сердечник, и индуктивность вырастет.

Re: Фильтрация помех импульсного БП медиаплеера используя LC-фильтр

с незамкнутым сердечником — дроссель будет сам излучателем помех.

а 26-й феррит — можно обнаружить в компьютерных блоках питания. они имеет маркировку — желтый корпус с белой полосой на одной стороне.

Re: Фильтрация помех импульсного БП медиаплеера используя LC-фильтр

Тогда на эту идею просто забить?

Re: Фильтрация помех импульсного БП медиаплеера используя LC-фильтр

скорей всего забить. или подходить к ней более глубже. на одном импульснике все не заканчивается. больше будет смысл в развязках цифровых и аналоговых цепей питания, что бы одно не влияло на другое, уже в самом девайсе

Re: Фильтрация помех импульсного БП медиаплеера используя LC-фильтр

Плеер используется как цифровой источник. Развязка как бы есть, просто заинтересовал такой вопрос из-за того, что грубо говоря катушки достались в нагрузку и возникла такая идея

Re: Фильтрация помех импульсного БП медиаплеера используя LC-фильтр

лучше их приберечь для акустических фильтров — им там самое место. тем более что две и одинаковые

Re: Фильтрация помех импульсного БП медиаплеера используя LC-фильтр

Сечение как по мне маловато для серьезного проекта

———- Сообщение добавлено 12.37 ———- Предыдущее сообщение было 12.34 ———-

Ладно, заскочу в магаз электроники — гляну какие там есть катушки на ферите.
Я так понимаю чем больше, тем лучше?

Re: Фильтрация помех импульсного БП медиаплеера используя LC-фильтр

Это не феррит, а кольца из распыленного металлопорошка.

Re: Фильтрация помех импульсного БП медиаплеера используя LC-фильтр

смотря в какие цепи, толще не факт лучше, если скажем для параллельного режектора, то активное сопротивление можно включить в LRC цепь, или если динамик высокоомный.

главное, что бы сечение провода в них было соответствующее.
в основном в продаже дроссели под слаботочные цепи, либо фильтры синфазной помехи

Re: Фильтрация помех импульсного БП медиаплеера используя LC-фильтр

При токе 3-4А и 20-30 витках обмотки сердечник будет улетать в насыщение. Нужно разрезать (раскалывать) сердечник и делать зазор. Если брать кольца с большим сечением то размеры получатся большие. Мотать лучше, да и удобнее литцендратом. Я когда-то делал импульсные блоки питания на ток 4-5А. Фильтры на выходе ставил на 20мм кольцах с проницаемостью 2000НН. Сердечники делал с небольшими зазорами (два зазора с вклеенными бумажками для печати на принтере) и мотал свитыми проводами 8-10 шт диаметром 0,35мм 25-30 витков. П-фильтры с парой таких катушек в сочетании с керамикой и танталом прекрасно фильтровали. Частота ИБП была 22-25кГц. Как делать литцендрат и раскалывать феррит можно почитать здесь http://radiolamp.net/news/419-polezn. yubitelej.html

Re: Фильтрация помех импульсного БП медиаплеера используя LC-фильтр

так это зависит от марки сердечника. на комповых желтых колечках, как раз 20-30 витков, а ток и еще больше

Источник