Как убрать пульсации после DC-DC преобразователя

karat23 · 11.12.2006, 19:02

Здравствуйте уважаемые!

Вот вопросы у меня возникли. Помогите разобраться.
Для одного, очень требовательного к качеству питания прибора, необходимо состряпать преобразователь напряжения с однополярного 6 вольт на двуполярное +/- 15 вольт (ток потребления 100 мА). Наилучшим вариантом, в смысле качества работы прибора, было бы запитать его от батареи гальванических элементов. Но прибор портативный а батарея на такое напряжение получится слишком большая, да и дороговато это. Поэтому есть насущная необходимость сделать DC-DC преобразователь, который обеспечивал бы наименьший уровень пульсаций на выходе (а в идеале - полное их отсутствие).
Вот приблизительный эскизный проект:

Меандры на затворы мосфетов подаются от драйвера с функцией Dead Time. Трансформатор выполнен на броневом сердечнике. Выпрямительные диоды VD1 - VD8 будут быстродействующие SF13 (вроде как с такими пульсации меньше, чем с обычными шотки). Конденсаторы С1 - С8 имеют ёмкость 0,1 мкФ, они подсмотрены в обычном сетевом блоке питания; возможно на частоте выше 50 Гц они не эффективны или надо ставить меньшей ёмкости. Конденсаторы С9-С10 танталовые ёмкостью 150 мкФ. Конденсаторы С11-С14 танталовые ёмкостью 33 мкФ. Дроссели L1-L4 предполагаю взять индуктивностью 820 мкГн.
К сожалению я не знаю как правильно рассчитать параметры элементов фильтра питания. Насколько я понимаю - чем больше значения индуктивности дросселей и ёмкости конденсаторов - тем лучше фильтрация.
Если необходимо, то готов добавить третью пару дросслей и конденсаторов.
Хотя здесь нет необходимости в стабилизации выходного напряжения (первичное напряжение стабилизировано, а частота преобразования кварцована), но всё равно мог бы поставить на выходе линейные стабилизаторы положительного и отрицательного напряжений (из-за их фильтрующих свойств). Не знаю насколько это оправдано, и где их лучше воткнуть: до, между или после дросселей.
Улучшит ли ситуацию, если на первичную обмотку трансформатора подавать не меандр, а синусоиду ?

karat23 · 11.12.2006, 19:18

Блин! Покоцало первый после рисунка абзац. И поправить не получается.
Вместо: "Меандры на затворы мосфетов пода...олагаю взять индуктивностью 820 мкГн.", должно быть:
Меандры на затворы мосфетов подаются от драйвера с функцией Dead Time. Трансформатор выполнен на броневом сердечнике. Выпрямительные диоды VD1 - VD8 будут быстродействующие SF13 (вроде как с такими пульсации меньше, чем с обычными шотки). Конденсаторы С1 - С8 имеют ёмкость 0,1 мкФ, они подсмотрены в обычном сетевом блоке питания; возможно на частоте выше 50 Гц они не эффективны или надо ставить меньшей ёмкости. Конденсаторы С9-С10 танталовые ёмкостью 150 мкФ. Конденсаторы С11-С14 танталовые ёмкостью 33 мкФ. Дроссели L1-L4 предполагаю взять индуктивностью 820 мкГн.

Morkovka · 12.12.2006, 10:10

Если питание надо хорошее - после выпрямителя ставь двойной LC-фильтр, а потом low-drop линейники.
Синус на трансе рулит, но с генератором может оказаться некий геморрой.

Gennadiy-P · 12.12.2006, 10:26

А почему L2, L4 разместил в этих местах? Перенеси их в минусовое плечо. И не забывай ставить керамические кондеры по 0,1мкФ параллельно электролитам. Сомнительно, что набор конденсаторов, включенных параллельно диодам выпрямительных мостов, даст тебе положительный результат в этой схеме.

mrcashe · 12.12.2006, 13:34

А чего два моста? Одним не справиться?

ALEX__A · 12.12.2006, 13:51

Уважаемый karat23.

Для построения выпрямителя двухполярного источника питания, достаточно четырех выпрямительных диодов, которые подключаются к верхнему и нижнему по схеме выводам вторичных обмоток трансформатора, а в качестве общего провода используются средние выводы обмоток. Таким образом, плюсовым каналом будет являтся плюс диодного моста и средняя точка, а минусовым - минус моста и средняя точка. Фильтр минусового канала должен быть установлен после минуса диодного моста, а не в общем проводе источника.

Номиналы элементов фильтров Вы можете взять из любого ИБП (см. схемы ИБП современных ТВ) с частотой преобразования приблизительно равной выбранной или расчитать их самостоятельно, используя справочную литературу.

Для выбранной частоты преобразования, вероятно, будет достаточно одного П-образного фильтра в каждом плече.

Ёмкости электролитических конденсаторов, С9-С10 можно увеличить. Материал конденсаторов определяющего значения не имеет.

Как было отмечено Выше, целесообразно использовать керамические емкости для блокировки высокочастных составляющих, что не обеспечивается оксидными конденсаторами в силу наличия в них некоторой индуктивности.

Блокировку диодов моста керамическими конденсаторами целесообразно сохранить.

С уважением, Алексей.

karat23 · 12.12.2006, 15:47

Не пойму - зачем дроссели L2 и L4 переставлять в цепь -15 В ? По моему разумению ток при 2-ух полярном питании движется по трём путям: 1) от +V к нулю, 2) от нуля к -V В, 3) от +V В к -V В.

karat23 · 12.12.2006, 15:52

На рисунке красными стрелками показаны пути движения тока через фильтр плюсового плеча и фильтр нулевого провода. Чёрными стрелками показан путь тока по варианту предлагаемому ALEX_A и Gennadiy-P. В случае отсутствия фильтра нулевого провода пульсирующий ток проходит через Rн2, зачем-то фильтруется фильтром минусового плеча и чистый отфильтрованный поступает на минусовой вывод 2-го моста. Мне ведь нужно чтобы и через Rн2 тоже чистый ток шёл!
По этой же причине тема с фильтрацией линейными стабилизаторами прокатывает лишь для плюсового плеча.
Конденсаторы в паралель диодам вроде как нужны для простых медленных диодов, чтобы быстрей закрывались. В случае с быстродействующими диодами они наверно не уместны. Видимо лучше убрать их.
Два двухполупериодных выпрямителя как и две раздельных обмотки трансформатора, на мой взгляд дадут меньший уровень первичных пульсаций, чем один двухпролупериодный выпрямитель на оба напряжения и одна обмотка трансформатора с отводом нуля от середины. Как то даже стрёмно брать ноль напрямую от среднего вывода транса, безо всяких там сглаживающих конденсаторов.
Основная цель, для меня, добиться почти полного отсутствия пульсаций (как у гальванического элемента)! КПД преобразователя тоже важен, но стоит на 2-м месте. Деталей для достижения этих целей мне не жалко!
Подскажите мне пожалуйста, где можно найти методику или программу-считалку для расчёта номиналов элементов фильтров.

Gennadiy-P · 12.12.2006, 16:32

А ты не задумывался почему так никто не делает? Скажем фильтр питания оказывает какое-то сопротивления высокочастотным составляющим напряжения питания. Конденсаторы фильтра, даже по плюсовому плечу, насколько эффективно будут выполнять свои фунции? Про первый молчу. А второй? Если учесть, что он будет включен в цепь зарядного тока последовательно с фильтром L2, насколько он будет эффективно фильтровать, если в его минусовом подключении стоит индуктивность, на которой выделяются ВЧ-составляющие? А третий, у которого два последовательных L-контура? И при всем, при этом по минусовому плечу будут проходить свободные ВЧ-составляющие, которые будут выпадать в осадок (выделяться) на фильтрах L2, L4. Не будет ли по земле гулять ВЧ?

Slava_shp · 12.12.2006, 20:53

Направление тока от плюса к минусу вообще-то условное, для облегчения расчетов, но физического смысла оно не имеет.

Схема с двумя мостами обладает повышенной надежностью, но как правило ее не используют из-за хорошей надежности самих диодов, тем более ток нагрузки небольшой.

Что касается номиналов, чисто из практики индуктивность не меньше 1 мГн. Конденсаторы около 500 мкФ в паралель керамические 0,1 мкФ. Не могу объяснить почему не надо ставить фильтр на общий провод, просто я этого нигде не видел. Что-то крутится в голове про противофазное гашение помех, если поставить фильтр на общий провод, то такой принцип работать не будет.

Осцилографом качество чистоты проверить врядли удаться, лучше проверять на самой аппаратуре. Лично у меня есть радиоприемник, очень капризный к питанию вот на нем я и проверяю.