Что нужно сделать чтобы уменьшить величину выходного напряжения выпрямителя

Что нужно сделать чтобы уменьшить величину выходного напряжения выпрямителя

Текущее время: Пт мар 08, 2024 23:56:50

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Запрошенной темы не существует.

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
Русская поддержка phpBB
Extended by Karma MOD © 2007—2012 m157y
Extended by Topic Tags MOD © 2012 m157y

Работоспособность сайта проверена в браузерах:
IE8.0, Opera 9.0, Netscape Navigator 7.0, Mozilla Firefox 5.0
Адаптирован для работы при разрешениях экрана от 1280х1024 и выше.
При меньших разрешениях возможно появление горизонтальной прокрутки.
По всем вопросам обращайтесь к Коту: kot@radiokot.ru
©2005-2024

Выпрямители в вопросах и ответах

Выпрямители в вопросах и ответах 321. Как проверить качество фильтрации выпрямителя? Качество фильтрации выпрямителя можно проверить помощью прибора, собранного по приводимой схеме. Величина сопротивления вместе с сопротивлением телефона должна равняться величине предполагаемой нагрузки. Конденсатор должен иметь емкость 1-2 мкФ. Прибор включается в выход выпрямителя. Если выпрямитель работает нормально, то фон в телефоне будет едва заметен. 322. В какой полюс выпрямителя ставить сглаживающий дроссель? С точки зрения фильтрации совершенно безразлично, куда ставить сглаживающий дроссель выпрямителя — в минусовый или в плюсовый провод. Постановка дросселя в минусовый провод имеет некоторое преимущество, так как в случае замыкания вторичной и первичной обмоток силового трансформатора, дроссель явится преградой для прохождения по цепям приемника переменного тока и предохранит лампы приемника от перегорания. 323. Можно ли в выпрямителе вместо дросселя фильтра поставить трансформатор низкой частоты? Ставить в выпрямителе вместо дросселя фильтра трансформатор низкой частоты нельзя. У трансформатора низкой частоты сердечник обычно очень небольшой и поэтому даже слабый ток доводит такой дроссель до магнитного насыщения, после чего трансформатор перестает быть индуктивным сопротивлением и становится только омическим. Удовлетворительно такой дроссель будет работать только тогда, когда приемник требует небольшого анодного тока, например, при питании одноламповых приемников. 324. Можно ли в фильтре выпрямителя вместо дросселя применять сопротивление? Вообще говоря, замена дросселя сопротивлением вполне возможна, но практически такую замену произвести можно далеко не всегда. Дроссель удобен тем, что он при малом омическом сопротивлении имеет большое индуктивное сопротивление. Поэтому дроссель хорошо сглаживает пульсацию при незначительном падении напряжения в самом дросселе. Сопротивление тоже может дать хорошее сглаживание пульсации, но при этом в сопротивлении происходит большое падение напряжения. Это падение будет тем больше, чем сильнее ток, потребляемый приемником от выпрямителя. Применять сопротивление вместо дросселя, в фильтре выпрямителя можно только в тех случаях, когда приемники, питающиеся от выпрямителей, потребляют небольшой ток. Обычно сопротивления применяются в фильтрах выпрямителей, питающих одноламповые или двухламповые приемники. 323. Где ставить больше микрофарад в фильтре выпрямителя — до дросселя или после дросселя? От величины емкости, находящейся до дросселя, зависит напряжение, даваемое выпрямителем; от величины же емкости, находящейся после дросселя, т. е. на выходе выпрямителя, зависит пульсация переменного тока. Обычно увеличение емкости до дросселя свыше 2-3 мкФ не нужно. На выходе же в сколько-нибудь мощных выпрямителях приходится ставить большую емкость в 4-6 и больше микрофарад. Таким образом, емкость после дросселя обыкновенно бывает больше, чем до дросселя. 326. Можно ли трехэлектродные, в том числе и подогревные, лампы использовать вместо кенотронов? Использовать трехэлектродные лампы вместо кенотронов можно. Для того, чтобы производить выпрямление обоих полупериодов потребуется включение двух трехэлектродных ламп по схеме, указанной на рисунке А. Включение трехэлектродной лампы по схеме, указанной на рисунке Б (однополупериодное выпрямление), даст при работе довольно ощутительный фон. Поэтому при однополупериодном выпрямлении требуются обычно более сложные фильтры, чем при двухполупериодном. Включение трехэлектродной лампы с подогревом производится тем же порядком. С катода (пятой ножки) подогревной лампы берется плюс высокого напряжения. 327. На каких кенотронах может работать СИ-235? выпрямитель СИ-235 рассчитан на применение кенотрона ВО-202. При отсутствии этого кенотрона в выпрямитель могут быть поставлены: кенотрон ВО-125, лампа УО-104; в продаже кроме того появился специально разработанный для приемника СИ-235 одноанодный кенотрон ВО-230. 328. Где и какой предохранитель ставится в выпрямителе? В выпрямителях применяются обычно плавкие предохранители, перегорающие в том случае, если вследствие какой-либо неисправности выпрямитель начинает забирать от сети ток, превышающий нормальный. Плавкий предохранитель включается в цепь до выпрямителя. Наиболее распространенным типом плавкого предохранителя является предохранитель Бозе. В большинстве случаев в любительских выпрямителях ставятся предохранители, рассчитанные на ток 0,5 А. В случае отсутствия такого специального предохранителя, его можно заменить медной проволочкой диаметром 0,05 мм, в крайнем случае — 0,08 мм, или лампочкой от карманного фонаря. 329. Для чего в силовых трансформаторах делается экранирующая обмотка? Экранирующая обмотка (один слой провода) делается для предупреждения проникновения в приемник различных помех из осветительной сети. Один конец этой обмотки заземляется, другой остается свободным. Экранирующая обмотка помещается между сетевой обмоткой и всеми остальными обмотками силового трансформатора. 330. Что такое секционированный силовой трансформатор? Секционированным силовым трансформатором называется такой трансформатор, у которого от сетевой обмотки сделано несколько отводов. В сеть, таким образом, можно включать различное число витков первичной обмотки. Секционирование делается для того, чтобы в случае понижения напряжения в сети можно было включать в сеть меньшее, чем нормально, число витков обмотки и тем самым поддерживать постоянство напряжения во вторичных обмотках. 331. Надо ли экранировать силовой трансформатор? Экранировка силового трансформатора не является обязательной. Силовой трансформатор в приемнике лучше всего располагать около каскадов высокой частоты. 332. Чем отличается автотрансформатор от трансформатора? Трансформатор имеет две или больше самостоятельных обмоток, находящихся на одном общем железном сердечнике. К одной из этих обмоток, называемой первичной, подводится то напряжение, которое нужно трансформировать, а с остальных обмоток снимается напряжение, соответствующим образом трансформированное, т. е. напряжение большее или меньшее, чем напряжение, подведенное к первичной обмотке. В автотрансформаторе имеется только одна обмотка. Напряжение, которое нужно трансформировать, подводится к части этой обмотки и тогда со всей обмотки можно снять напряжение более высокое. Величина напряжения будет зависеть от отношения числа витков всей обмотки к той ее части, к которой подведено первичное напряжение. Автотрансформатор такого типа называется повышающим. Если первичное напряжение подводится ко всей обмотке автотрансформатора, а вторичное снимается с ее части, то вторичное напряжение будет, меньше первичного. Такой трансформатор называется понижающим. На рисунке слева изображен понижающий автотрансформатор, у которого напряжение сети подводится ко всей обмотке, а снимается напряжение с части; справа изображен повышающий автотрансформатор, у которого напряжение сети подводится к части обмотки, а снимается напряжение со всей обмотки. 333. Когда можно применять силовой автотрансформатор? Силовой автотрансформатор применяется обычно только для подмагничивания динамиков, когда динамик имеет автономное подмагничивание. Для питания приемников применение автотрансформаторов возможно, но нежелательно, так как в этих случаях к приемнику нельзя непосредственно присоединять землю во избежание заземления осветительной сети. 334. Как упрощенно рассчитать силовой трансформатор? Прежде всего, нужно определить сечение сердечника будущего силового трансформатора в см2. На получившееся число разделить число 70. Частное покажет, сколько витков обмотки нужно брать на один вольт напряжения. При сечении сердечника в 10 см2 на 1 В напряжения должно приходиться 7 витков обмотки, т. е. для сетевой обмотки, рассчитанной на напряжение в 120 В, нужно намотать 840 витков, для четырехвольтовой обмотки накала — 28 витков и для повышающей обмотки накала в 400 В — 2800 витков. Квадратный миллиметр сечения медного провода не следует нагружать током большим, чем 2 А. На основании этого можно вычислить, каким током можно грузить провод того или иного диаметра. Например, провод сечением 0,031 мм2 (диаметром 0,2) можно грузить током (2 А х 0,031) = 0,062 А или 62 мА. 335. Можно ли питать накал ламп с тонкими нитями непосредственно от купроксного выпрямителя? Питание накала, ламп от купроксных выпрямителей не применяется, так как при таком способе питания трудно избавиться от шума (купроксный выпрямитель дает сильную пульсацию). 336. Зачем делается средняя точка на обмотках накала? Средняя точка у обмоток накала кенотрона делается для того, чтобы несколько уменьшить колебания напряжения, даваемого выпрямителем. С обмоток накала кенотрона, как известно, снимается плюс выпрямленного тока. Если этот плюс взять от одного из концов обмотки накала, то напряжение будет колебаться на величину напряжения, даваемого этой обмоткой, т. е. на величину в 4 В в одну и в другую сторону. Что касается обмотки, предназначенной для накала ламп приемника, то в этих обмотках средняя точка делается для заземления обмотки. Нужно иметь в виду, что заземление средней точки имеет значение только в том случае, если в приемнике имеется лампа прямого накала, потому что в схеме приемника сетка лампы всегда соединяется с землей и нитью накала. Если заземлена будет не средняя точка, а один из концов обмотки накала, то сетка будет получать какое-то переменное напряжение, которое будет проявляться в виде фона переменного тока. Если же в приемнике работают только подогревные лампы, то заземление можно приключать как к средней точке, так и к одному из концов обмотки накала. 337. Можно ли питать накал подогревных ламп от трансформатора „Гном»? Использовать трансформатор типа „Гном», вследствие его маломощности, для питания накала подогревных ламп нельзя. 338. Почему пробиваются конденсаторы фильтра выпрямительной части приемника? Конденсаторы фильтра пробиваются потому, что они оказываются под напряжением более высоким, чем то, на которое они рассчитаны. Такое высокое напряжение может появиться на обкладках конденсаторов при различных обстоятельствах, В приемнике с отдельным говорителем, не имеющим выходного трансформатора, как например, в приемниках типа ЭЧС-2, конденсаторы могут пробиваться при включении приемника в сеть, если при этом говоритель не соединен с приемником — в это время на выпрямителе нет нагрузки и на конденсаторах его фильтра развивается очень высокое напряжение. Пробиваться могут конденсаторы также в тех приемниках, в которых работают во всех каскадах подогревные лампы, которые разгораются значительно медленнее кенотрона, вследствие чего выпрямитель первое время после включения работает без нагрузки, т. е. развивает очень высокое напряжение. Точно также пробивание конденсаторов может произойти при отсоединении выпрямителя от радиоустановки, когда напряжение сети не выключено или не выключен накал кенотрона; когда включается в выпрямитель напряжение сети, а радиоустановка (нагрузка) от выпрямителя отключена. В обоих этих случаях конденсаторы пробиваются также вследствие появления на их обкладках большего напряжения, чем то напряжение (пробивное), на которое они рассчитаны. Для предохранения конденсаторов фильтра от пробоя можно применить автоматическое приспособление (термореле) для включения выпрямителя лишь после того, как разгорятся лампы приемника. 339. Почему пробиваются конденсаторы фильтра, когда выпрямитель работает без нагрузки? Когда от выпрямителя берется ток, т. е. выпрямитель работает на какую-то нагрузку, то в повышающей обмотке выпрямителя происходит падение напряжения и поэтому общее напряжение, даваемое выпрямителем, уменьшается на то количество вольт, которое падает в его обмотке. Если выпрямитель работает без нагрузки, то в его обмотках никакого падения напряжения не происходит и на конденсаторах фильтра оказывается то полное напряжение, которое создается на концах повышающей обмотки. Кроме того, нужно иметь в виду, что это напряжение будет фактически в 1,4 раза больше чем то, которое получается при сопоставлении чисел витков сетевой и повышающей обмоток. Если, например, выпрямитель включен в сеть напряжением 120 В, а повышающая обмотка имеет в 3 раза больше витков, чем сетевая, то напряжение на концах этой обмотки будет не 120х3 = 360 В, а 120х3х1,4 = 504 В. 340. Какое напряжение может развиваться на конденсаторах фильтра в выпрямителях, работающих без нагрузки? На конденсаторах фильтра выпрямителя, работающего без нагрузки, развивается напряжение, превышающее максимальное напряжение, даваемое повышающей обмоткой, в 1,4 раза. Таким образом, если повышающая обмотка силового трансформатора рассчитана на напряжение, например, в 300 В, то при работе выпрямителя вхолостую на конденсаторах его фильтра появится напряжение около 425 В. 341. Почему при работе кенотрона с пониженным накалом его нить накала может перегореть? При нормальном накале кенотрона почти все напряжение, даваемое повышающей обмоткой трансформатора, падает на нагрузке, а на самом кенотроне падает лишь незначительная часть этого напряжения в 30-40 В. Объясняется это тем, что внутреннее сопротивление кенотрона, работающего с нормальным накалом, очень мало и поэтому на нем падает малая часть напряжения. Если кенотрон работает с малым накалом и катод его поэтому дает небольшую эмиссию, то внутреннее сопротивление кенотрона возрастает и может во много раз превысить сопротивление нагрузки. В этом случае большая часть и даже почти все напряжение, даваемое повышающей обмоткой силового трансформатора, будет падать на самом кенотроне. Напряжение это может доходить до многих сотен вольт, что и является причиной гибели кенотрона. 342. Почему греется силовой трансформатор? Нагревание силового трансформатора может происходить по трем причинам: 1) малое количество железа (неправильный расчет трансформатора на заданную мощность), 2) короткое замыкание части витков первичной или вторичной обмоток и 3) работа трансформатора с перегрузкой (от трансформатора берется большая мощность, чем та, на которую он рассчитан). 343. Почему аноды кенотрона раскаляются докрасна? Раскаливание анодов кенотрона является показателем наличия короткого замыкания цепей высокого напряжения в радиоустановке. Чаще всего это происходит при пробивании одного из конденсаторов фильтра. 344. Как обнаружить короткое замыкание в радиоустановке, вызывающее раскаливание анодов кенотрона? Надо отключить из фильтра выпрямителя конденсаторы и включить выпрямитель в приемник. Если аноды кенотрона будут продолжать раскаливаться, значит короткое замыкание находится в приемной части установки. Если же раскаливание прекратилось, то короткое замыкание — в выпрямителе, т. е. в конденсаторах. 345. Как предохранить кенотрон от перегорания при пробое конденсаторов фильтра? Последовательно с конденсаторами фильтра включаются плавкие предохранители (например, провод 0,05). В случае пробоя конденсатора — предохранитель перегорит и кенотрон не выйдет из строя. Такое устройство позволяет после пробоя конденсатора выпрямителю продолжать свою работу (хотя и с худшей фильтрацией), и помимо того, по перегоревшей проволоке сразу видно, какой конденсатор пробит. 346. Как устроен купроксный выпрямитель? Пластинка красной меди, покрытая с одной стороны в определенных технологических условиях слоем закиси меди вместе с прижатой к этому слою медной же пластинкой, получает свойство пропускать ток в одном направлении лучше, чем в другом. Этим свойством пользуются для выпрямления переменного тока. При помощи нескольких пар пластинок можно собрать выпрямитель для выпрямления обоих полупериодов. Для изготовления купроксного выпрямителя нужна химически чистая медь. В радиолюбительских условиях достать такую медь очень трудно (электротехническая не является химически чистой). Кроме того, для изготовления доброкачественного купроксного выпрямителя нужно нагревать пластинки до строго определенной температуры, чего в любительских условиях добиться также трудно. Поэтому самостоятельное изготовление купроксных выпрямителей для радиолюбителей очень сложно. 347. Можно ли пользоваться электролитическим выпрямителем для зарядки аккумуляторов? При условии правильного расчета электролитических выпрямителей, пользоваться ими для зарядки аккумуляторов вполне возможно. 348. Можно ли включать силовой трансформатор в сеть постоянного тока? Включать трансформатор в сеть постоянного тока нельзя. Обмотка трансформатора имеет сравнительно небольшое омическое сопротивление, но зато очень большое индуктивное сопротивление. Поэтому при такой обмотке, включенной в сеть переменного тока, течет сравнительно очень небольшой ток. Индуктивное сопротивление обычно бывает настолько больше омического сопротивления, что последним можно пренебречь и считать, что действующее сопротивление обмотки равно ее индуктивному сопротивлению. При постоянном токе приходится считаться только с чисто омическим сопротивлением обмотки, которое очень мало, и вследствие этого сила тока, протекающего по обмотке, достигает большой величины, отчего эта обмотка почти мгновенно пережигается, если, конечно, раньше не перегорят предохранители. 349. Как узнать, какой ток в сети — постоянный или переменный? В стакан с соленой водой опускают два проводника, соединенных с электросетью. В один из проводников последовательно включена электролампа. Если ток постоянный, то на одном из проводников будет выделяться значительно больше пузырьков, чем на другом. Помимо того, большее выделение пузырьков на одном из проводников показывает, что этот провод соединен с минусовым полюсом. 350. Как питать аноды ламп приемника от сети постоянного тока? Питать аноды от сети постоянного тока можно, применив такой же фильтр, как и в выпрямителе переменного тока, т. е. состоящий из дросселя и из двух групп микрофарадных конденсаторов. К приемнику, питаемому по такому способу, присоединять непосредственно землю нельзя, так как это может привести к замыканию сети на землю, а в некоторых случаях и пережиганию ламп. Земля должна присоединяться через конденсатор постоянной емкости с надежной изоляцией. Для большей безопасности необходимо, чтобы по схеме приемника заземлен был минус накала, а минус анодного напряжения соединялся бы также с минусом накала. 351. Можно ли приспособить батарейный и сетевой приемники для питания от сети постоянного тока? Для питания от сети постоянного тока проще всего приспособить батарейный приемник. Перевод же на питание от сети постоянного тока приемников, работающих от сети переменного тока, более труден и подчас требует коренной переделки приемника, ибо в этих случаях приходится заменять лампы, предназначенные для переменного тока, лампами батарейными (которые расходуют в несколько раз меньше тока) и уже такой переделанный приемник приспосабливать для питания от сети постоянного тока. 352. Можно ли пользоваться для питания приемников сетью постоянного тока с напряжением в 120 В? Подогревные лампы, ставящиеся в сетевые приемники, требуют для питания анодов ламп напряжение не ниже 200 В. При анодном напряжении в 120 В подогревные лампы будут работать плохо. На бариевые лампы может подаваться анодное напряжение порядка 100-120 В и если речь идет только о питании анодов ламп приемника от сети постоянного тока указанного напряжения, то такой сетью пользоваться для приемника с бариевыми лампами можно. 353. Что значит „радиоустановка потребляет столько-то ватт»? Каждый приемник, питающийся от осветительной сети, потребляет из этой сети некоторое количество электроэнергии. В электротехнике энергию принято измерять ваттами. Для того, чтобы узнать сколько ватт потребляет приемник — надо напряжение осветительной сети постоянного тока помножить на силу тока, потребляемую приемником. Если, например, напряжение осветительной сети равно 120 В, а приемник потребляет 0,5 А, то энергия, потребляемая им, равна 120х0,5 = 60 Вт. Для сравнения энергии, расходуемой приемником, с энергией, потребляемой осветительными лампами, надо иметь в виду, что угольная осветительная лампочка берет на свечу около 3,5 Вт, экономическая лампочка берет на свечу 1,1 Вт. Мощные, так называемые полуваттные, лампы потребляют на свечу около 0,75 Вт. Таким образом, полуваттная лампа — 100 свечевая расходует примерно 100х0,75 = 75 Вт. Хотя указанный выше метод определения потребляемой мощности в случае переменного тока не совсем точен, все же пользование им больших ошибок практически не вносит. Энергия, потребляемая приемниками от сети переменного тока, равна в среднем 40-60 Вт. Такую мощность потребляют приемники типа ЭЧС, ЭКЛ и т. д. Радиограммофон потребляет около 120 Вт. 354. Сколько платить за энергию, расходуемую радиоустановкой? Для вычисления стоимости электроэнергии, израсходованной радиоустановкой в месяц, нужно перемножить число часов работы в день радиоустановки, число ватт потребляемой мощности и число дней месяца. Полученное число (в ваттах) преобразовать в гектоватты, для чего его нужно разделить на 100, или в киловатты (разделить на 1000); и наконец полученный результат помножить на стоимость гектоватт-часа или киловатт-часа. Приводим таблицу расхода электроэнергии при питании различных радиоустановок и стоимости этой электроэнергии, Расчет расхода электроэнергии на питание радиоприемников от сети и стоимости питания в месяц по тарифу 20 коп. за киловатт-час Тип радиоустановки Потребляемая мощность в ваттах 1,80 Пример. Приемник ЭЧС-2 работает ежедневно с 8 до 12 часов ночи, т. е. по 4 часа, расход электроэнергии в месяц 6 кВт-ч, стоимость 6х20 = 1 р. 20 к. 355. Можно ли приемник, предназначенный для работы от батарей, перевести на питание от сети переменного тока? Перевод батарейного приемника на питание от сети переменного тока осуществить возможно, но такая переделка потребует замены всех ламп, стоящих в приемнике, лампами, предназначенными для питания от переменного тока, и переделки схемы приемника. В некоторых случаях потребуется серьезная реконструкция приемника, ибо лампы, предназначенные для работы от переменного тока, дают большее усиление, чем лампы батарейные и если приемник плохо экранирован, то, будучи переделан на работу с такими лампами, он начнет самовозбуждаться. 356. Как включить выпрямитель, рассчитанный на 120 В, в сеть переменного тока напряжением 220 В? Проще всего это можно сделать так: выпрямитель включается не непосредственно в сеть, а через электролампу (220-вольтовую, экономическую), являющуюся в данном случае реостатом. При правильно подобранной лампе выпрямитель должен давать нормальное напряжение, а трансформатор не должен сильно перегреваться. При этом надо помнить, что сопротивление лампы тем больше, чем меньше количество свечей, даваемое ею. Подбор лампы-реостата следует начать с 15-свечной лампы. Б. Элементы 357. Что такое источники питания? Для работы приемника необходимо накаливать нити накала ламп и кроме того на аноды этих ламп необходимо давать довольно высокое напряжение, называемое анодным. Эти напряжения, служащие для накала ламп и для подачи на аноды, берутся от специальных источников тока, которые называются источниками питания. 358. Что называется первичным элементом? Первичным элементом называется такой гальванический элемент, электродвижущая сила в котором возникает вследствие происходящих в элементе химических процессов (растворение одного из электродов элемента) и существует до тех пор, пока эти процессы не прекратятся. Все гальванические элементы как сухие, так и водоналивные и воздушной деполяризации являются первичными элементами (о вторичном элементе см. вопрос 370). 359. Из каких основных частей состоит первичный элемент? В каждом первичном элементе должны быть три составные части: два твердых электрода (положительный и отрицательный) и электролит, в который погружены эти электроды. Один из этих электродов по своим химическим свойствам должен быть таким, чтобы он мог растворяться в электролите. Этот электрод будет являться отрицательным полюсом элемента. Кроме того, почти во всех первичных элементах имеется еще одна составная часть, так называемый деполяризатор (см. вопросы 362, 363). 360. Что называется сухим элементом? Как указывалось в вопросе 358, в каждом первичном элементе должен быть электролит, в котором растворяется отрицательный электрод. Так как применение жидкого электролита не всегда оказывается удобным (такой электролит быстро испаряется, элементы нельзя опрокидывать и т. п.), то в некоторых типах элементов электролит делается желеобразным. Такие элементы с желеобразным электролитом и называются „сухими». Сухие элементы годны к действию непосредственно по их изготовлении и не нуждаются ни в какой дополнительной обработке. 361. Что называется водоналивным элементом? Водоналивным элементом называется такой элемент, в котором не имеется электролита, а взамен него насыпаны вещества, являющиеся составными частями электролита. Водоналивные элементы сами по себе в сухом состоянии для работы не пригодны. Для того, чтобы привести такой элемент в работоспособное состояние, нужно залить его водой или (в зависимости от типа элемента) раствором нашатыря. Для заливания воды в элементах имеются отверстия, которые закрываются пробками. Для растворения электролита требуется некоторое время, поэтому свежезалитый элемент можно ставить на работу только через несколько часов. Точное время, необходимое для растворения электролита, всегда указывается на этикетке элемента. Водоналивные элементы менее удобны для применения, чем сухие, вследствие тех хлопот, с которыми сопряжена их заливка, но они имеют то преимущество, что могут храниться почти неограниченное время, так как они не расходуются (их отрицательный электрод не растворяется) до тех пор, пока не будут залиты. 362. Что такое поляризация? Во время работы элемента, вследствие химических процессов, происходящих в нем, выделяются кислород и водород. Водород в виде мельчайших пузырьков оседает на поверхности положительного электрода. По мере выделения водорода внутреннее сопротивление элемента увеличивается и, наконец, наступает момент, когда водород как бы пленкой покрывает поверхность угля и преграждает путь для тока. Это явление носит название поляризации. 363. Как предупредить поляризацию элемента? Для предупреждения поляризации положительный электрод (обычно уголь) помешается в особую деполяризационную массу или раствор, содержащий в себе в большом количестве кислород (перекись марганца и др.). Водород, выделяющийся у положительного электрода, соединяется с кислородом, находящимся в деполяризующем веществе, в результате чего, вследствие химического соединения, получается вода. Поверхность же положительного электрода остается чистой. Деполяризатор действует до тех пор, пока не истощится в нем запас кислорода. 364. Что такое элемент воздушной деполяризации? В элементах воздушной деполяризации, благодаря применению угольного электрода специальной конструкции, облегчается доступ атмосферного кислорода к положительному электроду. Так как при этом запас воздушного деполяризатора никогда израсходоваться не может, то элемент работает очень долгое время. В качестве отрицательного электрода применяется цинк, электролитом же является раствор нашатыря или едкого натра. 365. Как правильно соединять между собой элементы? При последовательном соединении общее напряжение батареи равняется сумме напряжений отдельных элементов, входящих в состав батареи. При параллельном соединении элементов получается, в сущности, один элемент, емкость которого равна сумме емкостей всех параллельно соединенных между собой элементов. При этом необходимо иметь в виду, что при последовательном соединении элементов напряжение их может быть различным, но необходимо, чтобы они имели примерно одинаковые емкость и внутреннее сопротивление. В противном случае элементы меньшей емкости израсходуются быстрее и в дальнейшем будут только мешать работе батареи, являясь вредным сопротивлением. При параллельном включении элементов — емкость и внутреннее сопротивление не имеют особенного значения, но необходимо, чтобы элементы имели одинаковое напряжение, иначе ток от элементов с большим напряжением будет проходить не только через наружную цепь, но и через элементы с меньшим напряжением. 366. Как продлить срок службы анодной сухой батареи? Срок службы анодных батарей сухого типа сокращается вследствие плохой изоляции между отдельными элементами, отчего они саморазряжаются. Для продления срока службы батареи ее нужно погрузить в керосин на 1 — l,5 часа, затем вынуть, обтереть тряпкой и просушить на воздухе. 367. Для чего амальгамируется цинк? Цинк, являющийся в большинстве гальванических элементов отрицательным электродом, растворяется в электролите. Для того, чтобы это растворение цинка происходило только во время работы элемента, цинк амальгамируется, т. е. покрывается слоем ртути. Такой амальгамированный цинк в то время, когда батарея не работает, не расходуется, т. е. не растворяется в электролите. 368. Как амальгамировать цинк? Небольшое количество серной кислоты (1 объем кислоты на 10 объемов воды) разводится водой. Суконкой, смоченной в этом растворе, очищают поверхность цинка и капают на нее 1-2 капли ртути, которую растирают той же суконкой по поверхности цинка, после чего цинк становится блестящим. Нужно иметь в виду, что после амальгамирования цинк становится очень хрупким (см. вопрос 386). 369. Что такое ампер-час? Ампер-часом называется единица емкости гальванических элементов как первичных, так и вторичных. Эта единица численно равна произведению тока, отдаваемого элементом, на время, в течение которого этот ток расходуется. Если, например, говорится, что аккумулятор имеет емкость в 20 А-ч, то это значит, что он способен в течение 20 часов отдавать ток в один ампер или в течение 10 часов отдавать ток в 2 А и т. д. Для каждого источника тока существует наибольший разрядный ток. Током, превышающим разрядный, нельзя разряжать батареи, так как это приведет к их преждевременной гибели (см. вопрос 374). В. Аккумуляторы 370. Что называется вторичным элементом? Вторичным гальваническим элементом или аккумулятором называется такой элемент, который, не производя сам электрической энергии, обладает способностью накоплять (аккумулировать) энергию, производимую другим каким-либо источником электрической энергии и затем по мере надобности отдавать, т. е. расходовать, эту энергию. (О первичном элементе — см. вопрос 358). 371. Какие типы аккумуляторов известны настоящее время? В настоящее время наиболее распространены аккумуляторы двух типов: кислотные и щелочные (железо-никелевые). Известны ещё и другие типы аккумуляторов (ртутные, солевые и т. д.), но в промышленном масштабе эти аккумуляторы не производятся. 372. Как устроен кислотный аккумулятор? Кислотные аккумуляторы в основном состоят из двух групп свинцовых пластин, погруженных в разведенную серную кислоту. Свинцовые пластины — электроды — обычно делаются решетчатыми. Клетки положительной пластины набиваются свинцовым суриком, а клетки отрицательной — свинцовым глетом. 373. Как устроен щелочный аккумулятор? Существует несколько конструкций щелочных аккумуляторов, но в основном все они состоят из железных пластин, погруженных в раствор едкого калия. Пластины обычно делаются из тонкого никелированного железа со множеством отверстий. В пластины соответствующим образом набивается активная масса, которая у положительных пластин состоит из гидрата окиси никеля, а у отрицательных — из порошкообразного железа, иногда с различными примесями вроде кадмия. 374. Чему равен разрядный ток аккумулятора? Предельным разрядным током аккумулятора считается ток (в амперах) равный 1/10 емкости аккумулятора, выраженной в ампер-часах. Например, аккумулятор емкостью в 40 А-ч имеет предельный разрядный ток в 4 А. Практически рекомендуется разряжать аккумулятор током несколько меньшим, чем наибольший разрядный, так как это увеличивает долговечность аккумулятора. 375. Что называется наибольшим зарядным током? Наибольшим зарядным током называется тот предельный ток, которым можно заряжать аккумулятор. Численно этот ток равен 1/10 емкости аккумулятора. Так например, если аккумулятор имеет емкость 40 А-ч, то его наибольший зарядный ток будет равен 4 А. Практически лучше заряжать аккумулятор несколько меньшим током, чем наибольший зарядный ток, так как это обеспечит более продолжительный срок службы аккумулятора. 376. Какие аккумуляторы лучше — кислотные или щелочные? Как у кислотных, так и у щелочных аккумуляторов имеются свои достоинства и недостатки. Основное преимущество кислотных аккумуляторов — меньшая стоимость, большее напряжение — 2 В; щелочный дает только 1,25 В. Зато щелочный гораздо легче кислотного, долговечнее, не боится коротких замыканий, может долго находиться без зарядки и т. д. Поэтому щелочной аккумулятор обыкновенно предпочитают кислотному. 377. Какие основные правила ухода за кислотными аккумуляторами? 1. При заряде и разряде аккумулятора руководствоваться теми указаниями, которые даны в паспорте аккумулятора. 2. После зарядки и доливки аккумуляторов дистиллированной или профильтрованной кипяченой водой — тщательно протереть тряпкой аккумуляторы, во избежание саморазряда. 3. Аккумулятор нельзя оставлять в незаряженном состоянии более, чем на одни сутки. 4. Для хранения аккумулятора в бездействующем состоянии следует его слегка зарядить, затем вылить электролит и промыть пластины дистиллированной водой. 5. Раствор серной кислоты берется в 22° по Боме. 6. Заливка аккумуляторов производится холодным раствором перед зарядкой. Уровень электролита должен быть выше пластин примерно на 10 мм. 7. Разряжать аккумулятор ниже 1,8 В нельзя. 8. Зарядка аккумуляторной батареи производится с открытыми пробками и должна происходить до тех пор, пока кипение во всех аккумуляторах не будет одинаковым. 9. Если заряженный аккумулятор долго не был в употреблении, то через 15-20 дней его следует подзарядить. 10. Выводы аккумуляторов и клеммы, во избежание окисления, смазывать вазелином. 378. Какие основные правила ухода за щелочными аккумуляторами? 1. Пробки с аккумуляторных банок при зарядке снимаются. По прошествии 12-15 часов после окончания зарядки пробки ставятся на место. 2. Температура электролита при зарядке и усиленной разрядке не должна превышать 45°. 3. Разряд аккумулятора не должен падать ниже 1,1 В. 4. Аккумуляторные банки не должны касаться друг друга, так как у щелочных аккумуляторов отрицательный полюс соединен с банкой, и точно также провода не должны касаться банок. 5. При испарении электролита в банки надо доливать дистиллированную воду и раз в течение года менять электролит. Перед сменой электролита аккумулятор необходимо разрядить до напряжения 0,8 В и тщательно прополоскать. 6. Плотность электролита (калий-гидрат) должна быть 25° по Боме. 7. Для приготовления электролита куски едкого калия кладут в стеклянную, эмалированную или железную посуду и растворяют в дистиллированной воде (две весовых части на одну часть едкого калия). Во время растворения калия температура жидкости повышается. В аккумулятор вливается остывший раствор. 8. При обращении с калием-гидратом следует соблюдать большую осторожность, так как он едок. Пятна от калия-гидрата смываются 10 % раствором борной кислоты. 379. Как определить плюс и минус у элементов, аккумуляторов, сети постоянного тока? Наиболее простым способом является следующий. Надо опустить концы проводов, соединенных с аккумулятором, с батареей или сетью постоянного тока, в слегка подкисленную воду (серной кислотой, уксусом и т. п.). Отрицательный провод можно узнать по большому количеству пузырьков, выделяющихся у одного из опущенных в воду проводов. 380. Как зарядить высоковольтный аккумулятор от низковольтной динамо-машины? Надо разделить высоковольтный аккумулятор на секции с таким напряжением, которое будет несколько меньше, чем у данной динамо-машины, и заряжать эти секции или по отдельности или соединив параллельно, если мощность машины это допускает. 381. Что значит „включить аккумулятор буфером»? Включение аккумулятора буфером обозначает включение аккумулятора на работу параллельно с выпрямителем, от которого аккумулятор одновременно заряжается. Такое включение аккумулятора при питании радиоустановки от постоянного тока в значительной степени сглаживает пульсацию. 382. Почему пластины аккумуляторов иногда покрываются белым налетом? Причиной покрывания пластин аккумулятора белым налетом (сульфатация пластин) является: 1) разряд аккумулятора ниже нормы, 2) нахождение аккумуляторов в течение продолжительного времени в разряженном состоянии, 3) применение раствора серной кислоты большей крепости, чем необходимо, 4) работа в жарком помещении. 383. Как исправить сульфатированные пластины? Для этого прежде всего следует убедиться в том, что между пластинами аккумулятора нет короткого замыкания. Затем надо заменить электролит сульфатированного аккумулятора раствором серной кислоты плотностью 3-5° по Боме и поставить аккумулятор под зарядку током от четверти до половины величины максимального зарядного тока, нормального для данного аккумулятора. Зарядка продолжается до тех пор, пока плотность электролита не перестанет повышаться. Разряжать и заряжать аккумулятор придется неоднократно, пока пластины не примут свой нормальный цвет. 384. Как заделать трещины в эбонитовых банках? Заделку незначительных трещин в эбонитовых сосудах можно произвести при помощи специального клея из кинопленки. Разрезанная на мелкие куски кинопленка (после удаления с нее эмульсии) растворяется в ацетоне. Получившейся киселеобразной массой промазываются несколько раз, с последующим высушиванием, трещины в эбонитовых банках. Края трещин предварительно должны быть зачищены наждачной шкуркой. По окончании последней проклейки банка должна сохнуть в течение нескольких дней. 385. Можно ли использовать старые аккумуляторы? Обычно в аккумуляторах положительные пластины приходят и негодность раньше, чем отрицательные. Если этих пластин имеется достаточное количество, то из них можно собрать аккумулятор, используя одну часть этих пластин в качестве положительных электродов, а другую в качестве отрицательных. Такие аккумуляторы, собранные из отрицательных пластин, работают в общем удовлетворительно. 386. Как обращаться с серной кислотой при изготовлении раствора для амальгамирования, электролита для аккумуляторов и т. д.? При изготовлении такого рода растворов следует осторожно вливать серную кислоту в воду, хорошенько перемешивая ее стеклянной палочкой. Поступать наоборот (т. е. лить воду в кислоту) нельзя, так как в этом случае вода, быстро обращаясь в пар, будет разбрызгиваться вместе с кислотой, в результате чего можно получить ожог. Особенности конструкций 387. Что называется резонансным усилением? Резонансным усилением называется усиление высокой частоты, при котором анодной нагрузкой ламп, усиливающих высокую частоту, является настроенный контур. 388. Какая схема называется схемой параллельного питания? Схемой параллельного питания называется такая схема, в которой лампа, нагрузка и источники питания включены параллельно. В таких схемах постоянная слагающая протекает по цепи, состоящей из дросселя высокой частоты и источника анодного напряжения, а переменная слагающая протекает через емкость и настраивающийся контур. Схема параллельного питания является в настоящее время одной из наиболее распространенных схем. Преимущество этой схемы — возможность соединения переменных конденсаторов всех контуров на одной оси, так как и этой схеме роторы всех конденсаторов могут быть заземлены. 389. Какая схема называется схемой с трансформаторной связью? В схеме с трансформаторной связью, в каскадах усиления высокой частоты, в анодную цепь лампы включается ненастраивающаяся катушка (или настраивающийся контур) и с этой катушкой индуктивно связывается контур сетки следующей лампы, а в каскадах усиления низкой частоты по трансформаторной схеме в анодную цепь лампы включается первичная обмотка трансформатора низкой частоты, а вторичная обмотка соединяется с сеткой и катодом следующей лампы (см. вопрос 233). 390. Что такое диодное детектирование? Для диодного детектирования используется односторонняя проводимость лампы. Для этой цели применяются специальные двухэлектродные лампы, т. е. лампы, имеющие два электрода — анод и катод. Эти лампы выполняются как в виде самостоятельной детекторной лампы, так и в комбинации с другими лампами (диод-триоды и диод-пентоды). Диодное детектирование применяется только в тех приемниках, в которых имеется большое предварительное усиление. В большинстве современных многоламповых приемников применяются диодные детекторы. 391. Что такое анодное детектирование? При этом способе детектирования используются перегибы характеристики лампы. Подходящие для детектирования участки имеются как на верхнем перегибе характеристики, так и на нижнем. Обычно для анодного детектирования используется нижний перегиб, потому что использование нижнего перегиба дает ряд выгод. Прежде всего, выгодным является то, что анодный ток при использовании нижнего перегиба бывает очень мал. Вторым, очень существенным преимуществом является то, что лампа работает без сеточного тока. При использовании верхнего перегиба, анодный ток лампы бывает очень велик; кроме того, работа в этом участке характеристики обычно происходит при наличии сеточного тока, который излишне нагружает контур, связанный с этой лампой, и понижает усиление и избирательность каскада. Анодное детектирование дает удовлетворительный прием в смысле отсутствия искажений, но детектирование этого рода не отличается большой чувствительностью и поэтому применяется только при приеме сравнительно громких сигналов. В настоящее время в приемниках прямого усиления и во втором детекторе супергетеродинов анодное детектирование не применяется совершенно. В современных приемниках этот способ детектировании можно встретить только в первом детекторе супергетеродинов, в которых смесительная лампа работает обычно по схеме анодного детектора. 392. Что такое сеточное детектирование? При сеточном детектировании используется кривизна характеристики сеточного тока детекторной лампы. Лампа, работающая в режиме сеточного детектирования, одновременно и детектирует и усиливает сигналы. Кривизна характеристики сеточного тока во много раз больше, чем кривизна характеристики анодного тока и вследствие этого чувствительность сеточного детектора больше, чем анодного, но, при сеточном детектировании, на сетку лампы нельзя подавать, во избежание искажений, очень больших амплитуд. Поэтому сеточное детектирование применяется преимущественно в тех приемниках, которые рассчитаны для приема не особенно громких станций. Поскольку при сеточном детектировании используется сеточный ток лампы, то схемы с сеточным детектированием обладают несколько меньшей избирательностью, чем схемы анодного детектирования, но практически эта разница довольно незначительна. Для установления режима сеточного детектирования в цепь сетки лампы вводятся конденсатор и сопротивление, называемое утечкой сетки. Утечка сетки присоединяется при подогревных лампах к катоду, а при батарейных — к плюсу или минусу накала в зависимости от того, при каком сеточном напряжении у данной лампы начинается сеточный ток. Комбинацию постоянного конденсатора и сопротивления у нас часто называют гридликом. Сеточное детектирование до сих пор применяется в приемной аппаратуре очень часто, в частности во всех малоламповых приемниках используется сеточное детектирование (см. верхний рисунок). 393. Что такое развязывающая цепь (развязка)? Развязкой называется комбинация из сопротивления и емкости, поставленная в схему для того, чтобы не пропустить по данной цепи какую-либо переменную составляющую тока. Развязывающее сопротивление всегда применяется вместе с конденсатором, через который и ответвляется эта переменная составляющая. Переменная составляющая звуковой частоты, протекая через дроссель, ответвляется в катод через конденсатор С, так как R представляет для нее очень большое сопротивление. Сопротивление R вместе с конденсатором С является развязывающей цепью, которую для краткости часто называют просто развязкой. 394. Из чего делается шасси приемника? В любительских самодельных приемниках проще всего делать шасси из дерева. 395. Как увеличить напряжение на экранной сетке лампы? Напряжение на экранные сетки ламп подается двумя способами — или путем соединения экранной сетки с плюсом источника высокого напряжения через понижающее сопротивление R (рис. а), или от потенциометра, составленного из двух сопротивлений R1 и R2, включенных между плюсом и минусом высокого напряжения (рис. в). При подаче напряжения по первому способу увеличение сопротивления R будет уменьшать напряжение на экранирующем сетке, а при уменьшении величины сопротивления R будет происходить увеличение напряжения на экранной сетке. При подаче напряжения по второму способу, для увеличения напряжения на экранной сетке надо или увеличить R2 или уменьшить R1, а для уменьшения напряжения на экранной сетке надо или уменьшить R2 или увеличить R1. 396. Как сделать автоматическое смещение в батарейном приемнике? На приводимой схеме указано, как при помощи секционированного сопротивления R можно подавать на сетки ламп различные отрицательные смещения. Величина как всего сопротивления R, так и его секций определяется исходя из типа и количества ламп, работающих в приемнике, так как через это сопротивление протекает суммарный ток всех ламп. 397. Как включить телефон в приемник, смонтированный вместе с громкоговорителем? В приемниках, имеющих усиление на трансформаторе, телефон следует включать вместо первичной обмотки трансформатора. В приемниках, имеющих усиление на сопротивлениях, телефон включается в цепь анода лампы, Быстрое переключение для слушания на телефон можно осуществить при помощи следующего простого приспособления. В схеме (например „Всеволнового приемника») делаются отводы 1, 2, 3 и 4 (см. рисунок), которые подводятся к телефонным гнездам. Когда слушание производится на громкоговоритель, то в гнезда 1 и 2 вставляется закорачивающая вилка. Когда слушание производится на телефон — закорачивающая вилка вставляется в гнезда 3 и 4, а в освободившиеся гнезда 1 и 2 вставляются вилки телефона. 398. Надо ли заземлять сердечники трансформаторов? Сердечники трансформаторов лучше заземлять. Очень часто это способствует снижению фона в сетевых приемниках. 399. Почему в радиолюбительских приемниках редко применяют два каскада высокой частоты? Два каскада усиления высокой частоты могут работать стабильно н давать соответствующее усиление только в том случае, если в этих каскадах применены лампы с очень малой, междуэлектродной емкостью. При лампах с большой междуэлектродной емкостью каскады связываются между собой через эти емкости и вследствие этого происходит самовозбуждение приемника. Для того, чтобы уничтожить самовозбуждение приемника, приходится искусственными способами уменьшать усиление каскадов, вследствие чего такие двухкаскадные высокочастотные усилители получаются малоэффективными и довольно дорогими. 400. Почему нельзя питать накал кенотрона и ламп приемника от одной общей обмотки накала силового трансформатора? В схеме выпрямителя плюс выпрямленного напряжения снимается с обмотки накала кенотрона, а в схеме приемника минус выпрямленного напряжения подводится к нити накала ламп. Таким образом, если питать накал кенотрона и ламп от одной обмотки, то произойдет замыкание плюса и минуса высокого напряжения. 401. Можно ли сетевой приемник перевести на питание от батарей? Принципиально каждый приемник, предназначенный для питания от сети переменного тока, можно перевести на питание от сети постоянного тока или от батарей и наоборот. Но такая переделка всегда сопряжена с коренным переконструированием приемника, потому что лампы, предназначенные для питания переменным током, и лампы батарейные не одинаковы по своим данным. Поэтому производить такую переделку может только такой любитель, у которого есть большой опыт по самостоятельному налаживанию приемников. Кроме того, у нас нет специальных ламп, предназначенных для питания от сети постоянного тока, а применение ламп батарейных для питания от сети постоянного тока не может дать хороших результатов. 402. Сколько ручек управления бывает в современных приемниках? Несмотря на то, что современные приемники считаются одноручечными, фактически в них ручек бывает больше, чем одна. Вообще термин „одноручечный» нельзя понимать так, что в приемнике должна быть действительно одна ручка. Этот термин обозначает, что основная функция в управлении приемником, например, настройка его производится только одной ручкой. В большинстве современных приемников бывает обычно 4 ручки: 1 — настройка, 2 — переключение диапазонов, 3 — регулятор громкости и 4 — регулятор тона. Ручка регулятора громкости имеется также и в приемниках с автоматической регулировкой громкости, давая возможность установить желательную степень громкости. 403. Целесообразно ли собирать приемники по фабричным схемам? Фабричные приемники разрабатываются в расчете на массовое производство в заводских условиях и поэтому они очень часто имеют такие особенности конструкции, которые трудно выполнимы в любительских условиях. Схему фабричного приемника можно принять как основу для постройки самодельного приемника, в точности же копировать конструкцию приемника не следует. Радиолюбительские приемники, которые описываются в радиопрессе, конструируются обычно в расчете на самодельное изготовление их, и потому легче осуществимы. Неисправности 404. Как найти неисправность в приемнике? Наиболее верный, хотя в некоторых случаях довольно медленный, способ нахождения неисправности в приемниках заключается в испытании приемника по отдельным каскадам. Для этого приемник разделяется на отдельные каскады, которые могут самостоятельно работать, и каждый такой каскад испытывается отдельно. Например усиление низкой частоты испытывается путем присоединения ко входу усилителя низкой частоты граммофонного адаптера; точно так же при помощи адаптера испытывается и детекторная лампа. Детекторную лампу можно испытать, присоединив антенну непосредственно к контуру сетки этой лампы, минуя каскад высокой частоты. Когда есть уверенность в том, что каскады низкой частоты и каскад детекторной лампы работают исправно, тогда надо присоединить каскад высокой частоты и испытывать приемник с этим каскадом. Если в этом случае приемник работать не будет, то очевидно, что неисправность находится в каскаде высокой частоты. Следуя этому принципу, разделяя приемник на отдельные работоспособные части и испытывая каждую часть в отдельности, всегда можно сравнительно легко найти неисправность.

Способ контроля одностороннего подмагничивания трансформатора преобразователя напряжения

Трансформатор — это необходимый атрибут различных импульсных преобразователей напряжения, он служит для гальванической развязки и согласования нагрузки. В свою очередь преобразователи напряжения разделяются на одно- и двухтактные.

Выходной ток однотактного преобразователя, кроме переменной составляющей, содержит значительную постоянную составляющую, которая вызывает магнитный поток подмагничивания в сердечнике трансформатора.

В двухтактных преобразователях магнитный материал сердечника трансформатора поочередно перемагничивается в противоположных направлениях разнополярными импульсами выходного тока преобразователя. При этом постоянная составляющая в выходном токе преобразователя нежелательна, так как может вызвать одностороннее подмагничивание и даже насыщение магнитного материала сердечника трансформатора. Однако практически невозможно создать преобразователь, способный обеспечить абсолютную симметричность процесса перемагничивания сердечника. Это объясняется заведомой неидентичностью элементов силовой схемы преобразователя. Даже если обеспечить абсолютно равные по длительности противофазные импульсы управления транзисторами преобразователя, то транзисторы одного типа имеют разное сопротивление в открытом и закрытом состояниях, различные времена запаздывания, а также длительность фронтов нарастания и спада тока. Это приводит к тому, что к первичной обмотке трансформатора в различные периоды перемагничивания прикладываются импульсы напряжения, имеющие различную амплитуду и длительность. Кроме этого, транзисторы преобразователя зачастую находятся в заведомо разных температурных условиях, обусловленных неоднородным креплением и охлаждением. Все эти перечисленные и неперечисленные причины при комплексном воздействии могут вызвать одностороннее насыщение сердечника трансформатора, что в свою очередь может привести к снижению эффективности преобразователя, сбоям в его работе и повреждению ключевых транзисторов.

Актуальность проблемы одностороннего подмагничивания увеличивается с повышением рабочей частоты преобразования, так как составляющая подмагничивающего тока, обусловленная различиями параметров переключения транзисторов, растет пропорционально частоте. Подмагничивание сердечника трансформатора наиболее характерно для мостовых преобразователей и для преобразователей, выполненных на трансформаторе со средней точкой. Для полумостовых преобразователей, в установившемся режиме, постоянная составляющая в первичной обмотке трансформатора отсутствует, так как последовательно с ней включен конденсатор. Однако трансформатор полумостового преобразователя может насыщаться в момент запуска, а также при резком изменении тока нагрузки. Таким образом, абсолютно все топологии двухтактных преобразователей можно считать незащищенными от одностороннего подмагничивания трансформатора.

Чтобы избежать одностороннего насыщения, нужно уменьшить максимальную индукцию в сердечнике на величину индукции подмагничивания или скомпенсировать напряженность подмагничивания путем введения немагнитного зазора в сердечник. Индукцию подмагничивания можно определить расчетным путем или моделируя работу преобразователя в Spice-симуляторе.

Ранее в периодической литературе [1] уже был проанализирован процесс подмагничивания сердечника трансформатора двухтактного преобразователя, имеющего на выходе выпрямитель с удвоением тока. Рассмотрим более распространенный вариант — двухтактный преобразователь с LC выходным фильтром. В этом случае, благодаря непрерывности тока дросселя, практически исключается несимметрия тока вторичной обмотки трансформатора. Следовательно, основным источником несимметрии остается разброс параметров ключевых транзисторов преобразователя. Такими параметрами являются:
V_{ce (on)} — падение напряжения на открытом биполярном (BJT) или IGBT-транзисторе;
R_{ds (on)} — сопротивление канала открытого MOSFET-транзистора;
td _(on) — задержка включения;
td _(off) — задержка выключения;
tr — время нарастания напряжения;
tf — время спада напряжения.

На рис. 1 изображена эквивалентная схема, используемая для расчета тока подмагничивания.

Здесь изображен контур подмагничивания, содержащий постоянное напряжение смещения V_СМ, сопротивление подмагничивания RП и первичную обмотку трансформатора W_ТР. Напряжение смещения V_СМ вызывается неидентичностью параметров ключевых транзисторов преобразователя. Сопротивление подмагничивания R_П является суммарным сопротивлением, ограничивающим ток в контуре подмагничивания, и включает в себя сопротивление первичной обмотки трансформатора W_Т, внутреннее сопротивление источника питания и сопротивления соединительных проводов. Данная эквивалентная схема создана на основе предположения, что все компоненты силовой схемы, кроме ключевых транзисторов, абсолютно симметричны.

Составляющая тока подмагничивания, вызываемая различием падения напряжения на открытых транзисторах преобразователя, прямо пропорциональна заполнению периода и при максимальном заполнении равна:

Составляющая тока подмагничивания, вызываемая разбросом времени задержки включения и выключения транзисторов преобразователя, прямо пропорциональна напряжению питания V_ИП преобразователя и частоте преобразования F:

Составляющая тока подмагничивания, вызываемая разбросом времени нарастания и спада напряжения транзисторов преобразователя, также прямо пропорциональна напряжению питания V_ИП преобразователя и частоте преобразования F:

При расчетах следует учитывать наихудший вариант, когда все составляющие тока подмагничивания суммируются.

Например, популярные IGBT типа IRG4PC50U имеют следующие параметры:

Эти транзисторы, установленные без предварительного подбора в преобразователь, работающий на частоте 30 кГц и имеющий сопротивление в контуре подмагничивания R_П=0,1 Ом, могут спровоцировать подмагничивающий ток величиной более 10 А.

Как уже говорилось, для устранения подмагничивания трансформатора можно уменьшить максимальную индукцию в его сердечнике на величину индукции подмагничивания или ввести немагнитный зазор, позволяющий компенсировать напряженность подмагничивания. Однако такие меры борьбы с подмагничиванием далеки от идеальных. Во-первых, они не позволяют учитывать все факторы, вызывающие подмагничивание, а во-вторых, приводят к росту габаритов и стоимости трансформатора или к увеличению потерь на ключевых транзисторах преобразователя, обусловленных необходимостью коммутировать больший по величине намагничивающий ток. Поэтому на практике все чаще применяются способы автоматической компенсации подмагничивания. Несмотря на то, что эти способы имеют различную схемотехническую реализацию, все они предусматривают использование датчика намагничивания (ДН) сердечника трансформатора, сигнал которого необходим для организации симметричного режима перемагничивания трансформатора, путем изменения длительности импульсов управления ключевыми транзисторами преобразователя. В свою очередь, ДН имеют разнообразное исполнение.

В качестве простейших ДН можно использовать трансформаторы тока и резистивные шунты, включенные последовательно с ключевыми транзисторами, обмоткой трансформатора или в общие цепи питания преобразователя. В этом случае насыщение сердечника обнаруживается по величине или скорости нарастания тока. Так как подобные датчики контролируют полный ток нагрузки преобразователя, состоящий из тока нагрузки и тока намагничивания трансформатора, то они зачастую не способны обеспечить корректную работу во всех возможных режимах.

Для обнаружения насыщения трансформатора используют способ, давно применяемый в электротехнике для контроля исправности трансформатора. Этот способ называется дифференциальной защитой трансформатора и состоит в том, что с помощью специального многообмоточного трансформатора тока из тока его первичной обмотки вычитаются токи нагрузки вторичных обмоток. В результате удается получить сигнал, пропорциональный току намагничивания трансформатора, и использовать его для устранения подмагничивания [2].

Также заслуживают внимания методы прямого контроля намагниченности сердечника трансформатора при помощи магнитодиодов, магниторезисторов или датчиков Холла. Существуют способы контроля насыщения при помощи пьезодатчиков, установленных на магнитопроводе трансформатора. В этом случае воспринимаются акустические сигналы, связанные с магнитострикцией сердечника, возникающей при его насыщении.

Особое место занимают ДН, контролирующие магнитное поле, вытесняемое из сердечника при его насыщении. Происходит это потому, что при насыщении сердечника его магнитная проводимость падает. Как следствие, возрастает напряженность магнитного поля вдоль сердечника, что приводит к увеличению магнитного потока в его окрестностях. Именно этот поток можно контролировать при помощи внешней катушки, в качестве которой используется магнитный пояс Роговского. Конструктивно магнитный пояс выглядит как плоская катушка, плотно прижатая к сердечнику (рис. 2). Классический магнитный пояс Роговского не имеет магнитного сердечника, но в данном случае, для повышения чувствительности, магнитный сердечник зачастую используется. При этом индукция насыщения магнитного сердечника магнитного пояса должна превышать индукцию насыщения контролируемого магнитопровода. Например, для магнитного пояса, контролирующего ферри-товый сердечник, применяется сердечник из пермаллоя или трансформаторной стали.

Зависимость напряжения на магнитном поясе от магнитного состояния сердечника определяется по формуле [3]:

где E_П — напряжение на выводах магнитного пояса; U_ПИТ — напряжение источника питания; W_П — число витков магнитного пояса; S_П — сечение витка (сердечника) магнитного пояса; μ_П.Д — дифференциальная магнитная проницаемость сердечника магнитного пояса; W₁ — число витков первичной обмотки трансформатора; SТ — сечение сердечника трансформатора; μТ.Д — дифференциальная магнитная проницаемость сердечника трансформатора.

Графики зависимости μ_П.Д / μ_Т.Д для сердечника трансформатора из феррита М2000 НМ и сердечника магнитного пояса из материалов Э350 и 50 НМ приведены на рис. 3 [3].

В момент насыщения сердечника трансформатора напряжение на обмотке магнитного пояса резко возрастает, что является сигналом для устройства управления к тому, чтобы запереть открытые транзисторы преобразователя.

Необходимость применения магнитных материалов с высокой индукцией насыщения ограничивает использование магнитного пояса или затрудняет его, если контролируется сердечник, выполненный из материала, имеющего высокую индукцию насыщения. В этом случае приходится использовать магнитный пояс без сердечника, который имеет меньшую чувствительность к полезному сигналу и бoльшую чувствительность к помехам.

Однако существует метод контроля насыщения [4], свободный от указанного недостатка. Данный способ предусматривает отщепление части основного магнитопровода и замыкание данной части короткозамкнутым витком, ток в котором контролируется дополнительным трансформатором тока и пропорционален степени насыщения сердечника.

Рассмотрим подробнее принцип действия данного способа контроля насыщения сердечника. Для наглядности разобьем сердечник на две области, где бoльшая область 1 является рабочей, а меньшая область 2 — тестовой и охвачена короткозамкнутым (КЗ) витком.

На рис. 4 изображено состояние, когда под действием приложенного к обмотке трансформатора напряжения индукция в сердечнике трансформатора нарастает, но имеет значение меньше максимального Bm.

В области 1 сердечника, согласно закону Фарадея, индукция изменяется со скоростью:

В области 2, охваченной КЗ витком, индукция практически не меняется, так как напряжение КЗ витка равно 0. При этом в КЗ витке, благодаря тому, что отщеплена небольшая часть магнитопровода, циркулирует относительно небольшой ток.

На рис. 5 изображено состояние, когда под действием приложенного к обмотке трансформатора напряжения индукция в сердечнике трансформатора достигла максимального значения Вm и превысила его. Это состояние соответствует моменту насыщения сердечника, когда магнитное сопротивление (величина, обратная магнитной проницаемости) области 1 повышается, что приводит к перераспределению магнитного потока, который теперь пытается протекать через отщепленную ненасыщенную часть сердечника. При этом величина тока в КЗ витке резко возрастает, что является признаком насыщения сердечника. Полярность тока указывает, в каком направлении сердечник насыщается.

На рис. 6 изображен вариант использования [4] указанного способа для предотвращения насыщения сердечника нерегулируемого двухтактного преобразователя.

В основе преобразователя лежит двухтактный автогенераторный преобразователь Рой-ера, собранный на элементах VT1, VT4, R3, R4 и T1, от которого питается сопротивление нагрузки R_Н. Для устранения насыщения около края сердечника трансформатора Т1 делают отверстие, в которое продет КЗ виток, одновременно охватывающий магнитопровод трансформатора тока Т2. К вторичным обмоткам Wу’ и Wу» трансформатора тока Т2 подключены нагрузочные резисторы R1 и R2, параллельно которым подключены база-эмиттерные переходы транзисторов VT3 и VT2, которые шунтируют база-эмиттерные переходы ключевых транзисторов преобразователя.

Если в какой-то момент сердечник трансформатора Т1 начинает насыщаться, то это приводит к увеличению тока в обмотке Wкз, который трансформируется во вторичные обмотки трансформатора тока и, в соответствии с полярностью насыщения, открывает транзистор VT2 или VT3, который, в свою очередь, шунтирует база-эмиттерный переход соответствующего ключевого транзистора преобразователя и запирает его. При этом предотвращается дальнейшее насыщение сердечника трансформатора Т1.

Однако, несмотря на очевидные достоинства, описанный метод контроля насыщения имеет и некоторые недостатки. Например, достаточно сложно сделать отверстие в магнитопроводе. Если используется хрупкий ферритовый сердечник, то даже удачно проделанное отверстие ослабляет сердечник и может впоследствии привести к его расколу. Кроме этого, при отщеплении части магнитопровода уменьшается его полезное сечение, следовательно, увеличиваются размеры и стоимость трансформатора, при прочих равных условиях.

Автором статьи на форуме Power Electronics [5] был предложен альтернативный способ контроля одностороннего насыщения сердечника трансформатора при помощи электромагнитной «нашлепки». Это фрагмент магнитопровода с обмоткой, который закрепляется на любом участке магнитопровода, свободном от обмотки и немагнитного зазора (рис. 7).

Принцип контроля насыщения сердечника трансформатора при помощи «нашлепки» также основан на вытеснении магнитного потока из сердечника, при его насыщении.

В тот момент, когда сердечник трансформатора не насыщен, он имеет малое магнитное сопротивление и шунтирует магнитную «нашлепку». При этом в обмотке «нашлепки» наводится незначительное напряжение. Когда сердечник насыщается и его магнитное сопротивление увеличивается, часть основного потока ответвляется в сердечник магнитной «нашлепки», что приводит резкому нарастанию напряжения на выводах ее обмотки. Это напряжение можно использовать для воздействия на схему управления преобразователем, с целью устранения причин насыщения трансформатора.

Использование электромагнитной «нашлепки» устраняет необходимость технологической доработки сердечника трансформатора, позволяет полностью использовать сечение магнитопровода, а также избавляет от необходимости применения дополнительного трансформатора тока.

На форуме Power Electronics [6] участник с ником Трибун (Александр Квитко) провел экспериментальную проверку электромагнитной «нашлепки» при установке последней на сердечнике силового трансформатора однотактного прямоходового преобразователя.

В качестве сердечника «нашлепки» была использована половинка Ш-образного магнитопровода Ш7×7 из феррита М2000 НМ. Обмотка была намотана в одно из окон магнитопровода (рис. 8).

В результате было получено несколько осциллограмм для различных режимов нагрузки обмотки электромагнитной «нашлепки» (рис. 9).

Электромагнитную «нашлепку» можно моделировать в специализированных симуляторах или в обычном Spice-симуляторе, при помощи методики, разработанной для моделирования разветвленных магнитопроводов [7].

В качестве примера произведем моделирование в симуляторе LTspice несимметричного режима двухтактного преобразователя с фазовым управлением, использующим выпрямитель с удвоением тока (рис. 10). Подобные выпрямители, при несимметричности компонентов, способны вызывать значительный подмагничивающий ток во вторичной обмотке трансформатора преобразователя.

Сосредоточимся на несимметричности выпрямителя с удвоением тока и для простоты будем считать, что сам преобразователь полностью симметричен. В этом случае преобразователь можно моделировать двумя встречно включенными источниками импульсного напряжения V1 и V2. Директива .PARAM служит для настройки преобразователя и позволяет устанавливать амплитудное напряжение U, частоту F, заполнение D и скорость нарастания-спада tf-импульсов, формируемых преобразователем.

Реальный трансформатор преобразователя выполнен на двух комплектах сердечников ПК40 х 18 из феррита М3000НМС1, из которых сформирован Ш-образный сердечник. Первичная обмотка трансформатора имеет 40, а вторичная — 8 витков. В модели трансформатор преобразователя представлен индуктивностями L1-L5, где L1 моделирует индуктивность рассеяния первичной обмотки, L3 индуктивность рассеяния вторичной обмотки, L5 индуктивность намагничивания, приведенную к вторичной обмотке, а L2 и L4 осуществляют гальваническую развязку и моделируют коэффициент трансформации.

Электромагнитная «нашлепка» выполнена на Ш-образной половинке сердечника Ш7×7 из феррита М2000НМ. Обмотка содержит 64 витка и нагружена на резистор 36 Ом. На рис. 11а изображена конфигурация магнитопровода в районе электромагнитной «нашлепки» и указаны индуктивности, моделирующие отдельные его участки. В модели электромагнитная «нашлепка» представлена индуктивностями L6-L9, где L6 моделирует фрагмент магнитопровода трансформатора, шунтируемый «нашлепкой», L7 — магнитопровод «нашлепки», а L8 и L9 осуществляют гальваническую развязку и моделируют коэффициент трансформации.

Организуем несимметричность выпрямителя, установив различные сопротивления обмоток дросселей L10 и L11 ( R_L10 = 1 мОм, R_L11 = 3 мОм) и прямые падения напряжения на диодах выпрямителя D1 и D2 (V_fwd.d1 = 0,4 В, V_fwd.d1 = 0,6 В).

В результате моделирования получены графические зависимости тока через индуктивность намагничивания трансформатора I (L5) и напряжение V (n009) на нагрузочном резисторе R2 электромагнитной «нашлепки» (рис. 11б). Судя по графикам, амплитуда тока подмагничивания во вторичной обмотке трансформатора достигает 70 А, что соответствует амплитудному значению 90 В напряжения на резисторе R2. При этом динамика выходного напряжения «нашлепки» практически совпадает с динамикой изменения тока в индуктивности намагничивания трансформатора.

1. Гусев Б., Овчинников Д. Мостовой преобразователь с удвоителем тока при подмагничивании сердечника трансформатора // Электроника: наука, технология, бизнес. 2005. № 5.
2. Бас А. А., Миловзоров В. П., Мусолин А. К. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. М.: Радио и связь, 1987.
3. Источники вторичного электропитания / Справочное пособие. Под ред. Ю. И. Конева. М.: Радио и связь, 1983.
4. Патент РФ № 2035833. Способ ограничения одностороннего насыщения трансформатора импульсного преобразователя / И. В. Фомин.
5. http://valvol.flyboard.ru/topic157.html
6. http://valvol.flyboard.ru/viewtopic.php? p=8401#8401
7. Володин В. Я. Моделирование сложных электромагнитных компонентов при помощи Spice-симулятора LTspice/SwCAD III // Компоненты и технологии. 2008. № 4.

Решения проблемы пульсаций и помех DC/DC-преобразователей: входная и выходная фильтрация

Аннотация: Всем без исключения DC/DC-преобразователям присущи пульсации выходного напряжения, которые возникают из-за заряда и разряда выходного конденсатора в соответствии с каждым импульсом энергии, поступающей от внутреннего генератора. В зависимости от топологии эти пульсации выходного напряжения имеют частоту, равную целому или удвоенному значению от основной частоты преобразования, и, как правило, лежат в области 100–200 кГц. На такие пульсации накладываются короткие выбросы напряжения (пики) с заполнением в виде затухающих колебаний с гораздо более высокой частотой, находящейся уже обычно в диапазоне мегагерц.

Введение

Входной ток преобразователя также имеет две компоненты — постоянную составляющую, которая меняется в зависимости от нагрузки, и переменную составляющую тока. Переменная составляющая называется пульсацией входного тока. В англоязычной литературе и в некоторых переводах используется два определения: Back Ripple Current (входной обратный ток помех) или Input Reflected Ripple Current (входной отраженный ток помех). Эти пульсации вызваны пульсирующим током преобразователя, их частота соответствует частоте его внутреннего генератора. Дополнением к этой комбинации токов являются меньшие по уровню короткие всплески в виде пиков, которые возникают в моменты переключения. Поскольку данные пики весьма короткие, их спектр лежит в области высоких частот. Сам по себе постоянный ток не вызывает особых проблем, до тех пор пока он соответствует нагрузочной мощности первичного источника питания, однако импульсы переменного тока (особенно короткие) могут создать помехи для функционирования других частей общей схемы из-за наличия паразитных индуктивной и емкостной связи в печатных проводниках, проводах и разъемах. Кроме того, входной ток вызывает падение напряжения на вводах из-за наличия некоторого собственного сопротивления в цепи. При наличии пульсирующего тока в первичной входной цепи это падение напряжения также будет пульсировать, и входные проводники и провода будут выступать в роли излучающих антенн.

Пульсации по входу и выходу могут быть уменьшены с помощью внешних фильтров, но исходя из решения двух разных задач: выходной фильтр необходим, чтобы сгладить выходное напряжение, а входной фильтр нужен для уменьшения помех, вызванных током. Конструкция и выбор решения для этих фильтров не столь тривиальны, как может показаться. Причина в том, что входной и выходной сигналы содержат составляющие с широко разнесенным спектром частот, а также асимметричные (дифференциальные) и симметричные (синфазные) составляющие (рис. 1).

Рис. 1. Схематическое представление помех, генерируемых DC/DC-преобразователями
(CM — симметричные (синфазные) составляющие; DM — асимметричные (дифференциальные) составляющие)

Службе технической поддержки компании Recom иногда задают вопрос, почему бы просто не встроить необходимые входные и выходные фильтры в свои преобразователи. Ответ таков: во все наши преобразователи мы включаем лишь необходимую минимальную элементарную фильтрацию. Это позволяет выпускать изделия с приемлемым для большинства приложений уровнем входных и выходных пульсаций и помех в виде шумов. Мы могли бы усилить фильтрацию, но только увеличив при этом стоимость наших изделий. Для большинства клиентов компании, которые не нуждаются в более высокой степени подавления паразитных составляющих, чем та, которую обеспечивают наши стандартные изделия, — это станет весьма существенным недостатком. Кроме того, многие наши преобразователи выполнены в сверхминиатюрных корпусах, и в них просто физически не хватает места для установки большего числа катушек индуктивности и конденсаторов, чем те, что уже установлены. Потребители, которые не располагают лишним свободным пространством в своих решениях, должны соотнести низкую стоимость и небольшой размер DC/DC-модулей и принять как компромисс то, что пульсации и помехи могут быть несколько выше желаемого уровня. А клиенты, нуждающиеся в более высоком подавлении пульсаций и помех преобразователя, всегда могут самостоятельно добавить необходимые с их точки зрения элементы для дополнительной фильтрации и удовлетворить свои потребности, несмотря на увеличение стоимости общей спецификации на сборку изделия, которая, впрочем, остается в разумных пределах.

Пульсации входного тока

Пульсации входного тока указываются в спецификациях в миллиамперах от пика до пика (полная двойная амплитуда), при номинальном входном напряжении и полной нагрузке. Но прежде чем они могут быть отфильтрованы, пульсации должны сначала быть правильно измерены в конкретном приложении.

Измерение пульсаций входного тока

Измерение входного тока при помощи цифрового мультиметра в режиме измерения тока даст результат в виде среднеквадратичного измерения, который будет игнорировать пульсации входного тока. Измерение входного тока осциллографа с токовыми клещами часто также дает не лучшие результаты. Это связано с высоким уровнем постоянной составляющей входного тока, что приводит к насыщению материала сердечника датчика тока, а потому осциллограф может и не «увидеть» компоненты пульсации.

Решение заключается в использовании прецизионного токового шунта (измерительного резистора) и измерении на нем падения напряжения. Это позволит определить силу и форму тока. Однако здесь необходимо проявлять осторожность, поскольку некоторые низкоомные резисторы из-за особенностей своей конструкции (они бывают проволочные) обладают повышенной индуктивностью, что оказывает влияние на результаты измерения. Для таких измерений должны использоваться резисторы со сверхнизкой последовательной индуктивностью (

Во‑первых, измерительный резистор должен иметь насколько возможно низкое сопротивление. Это необходимо для того, чтобы он не оказывал заметного влияния на входное напряжение преобразователя. Если используется измерительный резистор с номинальным сопротивлением 0,1 Ом, то типичная настройка чувствительности осциллографа по вертикали (Y) на 5 мВ/дел. обеспечит измерение тока в 50 мА. Во‑вторых, само подключение измерительного щупа осциллографа должно быть как можно короче. Это требуется для того, чтобы не захватить им излучаемые помехи. На рис. 2 представлен правильный вариант подключения щупа к измерительному резистору, а рис. 3 демонстрирует разницу в показаниях при правильном и неправильном способе подключения при проведении измерения.

Рис. 2. Правильное подключение при измерении пульсаций тока

Рис. 3. Результаты измерения одних и тех же пульсаций входного тока:
а) некорректный; б) правильный

Контрмеры для подавления пульсаций входного тока

Самым простым способом уменьшить пульсации входного тока является подключение электролитического или танталового конденсатора с низким последовательным сопротивлением (ESR) непосредственно к входным контактам DC/DC-преобразователя. Конденсатор дает энергию для пульсирующего импульсного тока с гораздо более низким импедансом, чем первичный источник питания через свой импеданс и импеданс входной цепи. Таким образом, первичный источник питания обеспечивает постоянную составляющую входного тока, а добавочный конденсатор — большую часть компонента переменного входного тока, и составляющая переменного тока в токе от первичного источника существенно уменьшается. Эту концепцию иллюстрирует рис. 4.

Рис. 4. Уменьшение пульсаций входного тока при помощи входного конденсатора

Приведенные ниже осциллограммы наглядно показывают влияние добавленного входного конденсатора на пульсации входного тока DC/DC-преобразователя. Для того чтобы получить более наглядный результат на экране осциллографа, осциллограммы были сделаны с помощью измерительного резистора номиналом в 1 Ом (рис. 5).

Рис. 5. Демонстрация эффекта от установки дополнительного входного конденсатора номиналом в 47 мкФ по входу DC/DC-преобразователя

Как видим, ток пульсаций при установке конденсатора емкостью 47 мкФ и с ESR 400 мОм на частоте 100 кГц был уменьшен более чем вдвое. Если использовать более дорогой конденсатор, имеющий ESR, равное 35 мОм, то пульсации уже трудно измерить, а на экране осциллографа остаются лишь пики помех переключения.

Практический совет

Альтернативой весьма дорогим конденсаторам со сверхнизким значением ESR (в каталогах обозначаются как Low ESR) становится использование двух обычных конденсаторов, включенных параллельно. Например, один дорогой высококачественный конденсатор емкостью 47 мкФ может быть заменен двумя обычными емкостью по 22 мкФ с ESR, равным 230 мОм, чтобы дать эквивалентный конденсатор на 44 мкФ с ESR в 115 мОм (рис. 6).

Рис. 6. Уменьшение пульсаций входного тока при помощи двух параллельных входных конденсаторов

Как можно видеть из осциллограммы, приведенной на рис. 7, эффект уменьшения пульсаций входного тока от использования двух недорогих конденсаторов существенно не отличается от того, что получен с помощью дорогого конденсатора со сверхнизким ESR.

Рис. 7. Сравнение пульсаций входного тока при использовании:
а) конденсатора емкостью 47 мкФ со сверхнизким ESR; б) двух обычных конденсаторов емкостью 22 мкФ, включенных параллельно

Видимые на осциллограммах остаточные всплески с током высокой частоты (пики) являются производными помех, возникающих при переключении преобразователя. Эти помехи появляются одновременно на обеих V_IN+ и V_IN– входных клеммах преобразователя, поэтому они не могут быть отфильтрованы с помощью входного конденсатора. Данный тип помех является синфазным (от англ. Common Mode — СМ) и может быть устранен только путем ввода специального синфазного дросселя (см. далее). При низких значениях входного напряжения для подавления пульсаций по входу вместо электролитических конденсаторов могут быть использованы многослойные керамические конденсаторы (в каталогах обозначаются как Multi Layer Ceramic Capacitor — MLCC).

ПАО «МСТАТОР» для подавления помех рекомендует применять
нанокристаллические синфазные дроссели серий ДС2 и ДС3

Качественные конденсаторы этого типа имеют значение ESR около 3 мОм на частоте 100 кГц, что делает их весьма привлекательными для использования в качестве элементов подавления пульсаций входного тока. Однако необходимо убедиться, что входное напряжение преобразователя не будет превышать максимальное рабочее напряжение выбранного конденсатора. В противном случае возможен их пробой и отказ изделия, вот почему такие конденсаторы должны быть использованы только с первичными стабилизаторами или с защитой от перенапряжения по входу.

Выбор входного конденсатора

Как было показано в предыдущем примере, для уменьшения пульсаций входного тока использовался конденсатор емкостью 47 мкФ. Но почему именно этого номинала? Очевидно, что чем больше емкость конденсатора, тем больше энергии он может дать для питания преобразователя. К тому же конденсаторы большей емкости имеют и более низкие значения ESR. Это связано с большей внутренней поверхностью их электродных слоев. Но электролитические конденсаторы большой емкости занимают больше места на плате и существенно дороже. Поэтому процесс отбора конденсатора основывается на сметной стоимости, но с учетом того, как выбор прибора отразится на характеристиках конечного изделия. Типичные значения входных конденсаторов могут варьироваться от 22 до 220 мкФ, поэтому именно емкость в 47 мкФ является общим практическим компромиссом.

Однако для конденсатора еще большее значение, чем емкость, имеет допустимый ток пульсаций. Протекающий через конденсатор переменный ток генерирует тепло. Если температура конденсатора превышает его указанные рабочие пределы, то срок службы конденсатора будет резко снижен. В крайнем случае, электролит внутри конденсатора закипает, и конденсатор быстро выходит из строя.

Практический совет

Пульсации тока в конденсаторе довольно трудно измерить, так как добавление измерительного сопротивления последовательно с конденсатором сильно влияет на конечный результат. Если измерить пульсации входного тока без помощи добавочных конденсаторов, а затем снова измерить, но уже с установленными конденсаторами, то именно разница и покажет уровень пульсации тока, протекающего в конденсаторах. Если известны ESR конденсатора и рабочая частота преобразователя f, то в качестве альтернативы могут быть измерены остаточные пульсации входного напряжения V_RIPPLE из-за наличия импеданса Z_L, а пульсации тока вычислены по формуле:

В справочной технической документации на конденсаторы (обычно она представлена в виде спецификации типа Data Sheet) указаны рекомендуемые максимальные значения для пульсирующего тока. Ограничивающим фактором является повышение температуры, которое вызвано мощностью, рассеиваемой внутри конденсатора. Мощность, рассеиваемая в конденсаторе из-за пульсаций тока, вычисляется как:

а полученное в результате повышение температуры будет равно:

где kA — это теплопроводность конденсатора, которая есть не что иное, как тепловое сопротивление k по отношению к площади поверхности конденсатора А в разах. Теплопроводность измеряется в °C/Вт.

Измерение тока пульсаций — это не легкая задача, вот почему иногда проще измерить температуру конденсатора и получить значение тока пульсаций исходя из повышения его температуры.

Входной ток DC/DC-преобразователей для случая их параллельного включения

На практике есть целый ряд приложений, которые требуют использования нескольких DC/DC-преобразователей, подключенных параллельно к одному общему первичному источнику. Наиболее распространенными являются локализованные системы питания типа Point-of-Load (англ. POL — разновидность DC/DC-преобразователей для архитектур с распределенным питанием, подключаемых в непосредственной близости с нагрузкой) и системы питания с резервированием (системы питания типа N+1). Каждый DC/DC-преобразователь в таких системах генерирует собственные токи пульсаций, которые будут наложены на общий ток нагрузки первичного источника питания.

Рассмотрим два одинаковых DC/DC-преобразователя с номинальной рабочей частотой 100 кГц. Из-за производственных допусков один из таких преобразователей может иметь частоту переключения 100, а другой — 120 кГц. Гармонический анализ покажет нам три частотные линии в спектре — 100, 120 кГц и разность этих частот 20 кГц. Эту низкочастотную перекрестную помеху (интерференцию), то есть частоту биений, чрезвычайно трудно отфильтровать (рис. 8).

Рис. 8. Помеха в виде частоты биений (интерференции)

Помеху с частотой биений можно устранить путем использования индивидуальной фильтрации для входов каждого из DC/DC-преобразователей (рис. 9). Помеха с частотой биений, вызванная разностью частот преобразователей, блокируется отдельными LC-фильтрами. При этом дроссели должны быть работоспособны в условиях протекания через них больших постоянных токов. Типичные значения для индуктивности дросселей L довольно низкие. Дроссели с индуктивностью в пределах от 22 до 220 мкГн типичны для подобных решений. Кроме того, первичный источник питания должен иметь собственный выходной конденсатор. Эффект, который дает использование LC-фильтров нижних частот, является двунаправленным, так что в результате π-фильтр, образованный элементами C_MAIN—L‑C, оказывается весьма полезным для дальнейшего общего снижения уровня помех.

Рис. 9. Фильтрация помехи в виде частоты биений (интерференции)

Практический совет

Важно, чтобы входные конденсаторы С₁ и С₂ были расположены как можно ближе к входным контактам вторичных преобразователей. Даже очень короткие дорожки печатной платы между конденсаторами и этими преобразователями будут снижать эффективность фильтров. Общее соединение V_IN– должно быть выполнено максимально широким проводником, а импеданс этого соединения должен быть как можно ниже. Чтобы избежать дальнейших последствий перекрестной интерференции, все соединения должны собраться в районе выходных клемм первичных преобразователей, то есть следует использовать подключение типа «звезда».

Выходная фильтрация

Как показано в разделе 2 [1], все DC/DC-преобразователи имеют присущий им некоторый уровень пульсаций выходного напряжения и помехи (рис. 10).

Рис. 10. Пульсации и помехи на выходе DC/DC-преобразователя

Фильтрация выходных пульсаций и помех требует применения двух различных подходов. Это вызвано тем, что по своей природе сами пульсации являются асимметричными (дифференциальными), тогда как помехи в виде пик представляют собой симметричные (синфазные) помехи.

Дифференциальный способ фильтрации выходного напряжения

Самый простой способ подавить пульсации выходного напряжения — добавить дополнительный конденсатор непосредственно на выход преобразователя (рис. 11). Такой дополнительный конденсатор C_EXT будет работать параллельно с внутренним конденсатором преобразователя C_OUT.

Рис. 11. Фильтрация пульсаций выходного напряжения путем использования дополнительного внешнего конденсатора

Эффективность этого метода снижения пульсаций выходного напряжения V_RIPPLE,p‑p (в мВ) зависит от общей емкости внутреннего C_OUT и дополнительного внешнего C_EXT конденсаторов, выходного тока I_OUT и рабочей частоты преобразователя f_OPER в соответствии с уравнением:

Как видно из уравнения, добавление внешней емкости позволяет уменьшить пульсации напряжения. Например, если на выходе двухполупериодного выпрямителя преобразователя имеется встроенная емкость в 22 мкФ, ток нагрузки составляет 1 А, а рабочая частота преобразователя равна 100 кГц, то без внешнего конденсатора размах выходных пульсаций будет равен 226 мВ. Добавление внешнего конденсатора емкостью 22 мкФ уменьшит амплитуду пульсаций вдвое — до уровня 112 мВ. Если требуемый уровень пульсаций выходного напряжения необходимо уменьшить еще вдвое, то есть до 56 мВ, необходимо иметь общую емкость конденсаторов уже 90 мкФ. Другими словами, нужно добавить внешний конденсатор на 68 мкФ.

Для еще большего уменьшения пульсаций, например до 20 мВ, потребуется уже конденсатор емкостью 2500 мкФ. Однако столь высокая выходная емкость может привести к проблеме запуска DC/DC-преобразователя, а также отрицательно сказаться на его реакции, особенно в виде скорости нарастания для быстрых изменений в выходной нагрузке и на времени задержки восстановления при выходе преобразователя из короткого замыкания.

Более практичным решением для уменьшения пульсаций выходного напряжения является добавка выходной индуктивности, то есть использование для этой цели внешнего фильтра низких частот на базе конденсатора и индуктивности (рис. 12).

Рис. 12. Фильтрация пульсаций выходного напряжения путем использования внешнего LC-фильтра

При добавлении выходной индуктивности L_EXT расчет уровня выходных пульсаций выполняется по формуле:

Для сравнения используем условия предыдущего примера, если индуктивность дросселя L_EXT равна, допустим, 100 мкГ, то в этом случае выходное напряжение пульсаций 20 мВ может быть достигнуто с выходным конденсатором C_EXT емкостью всего лишь в 645 мкФ. Это намного меньше, чем 2500 мкФ без дросселя. Однако необходимо убедиться, что выбранный дроссель рассчитан на максимальный рабочий выходной ток, потребляемый нагрузкой от преобразователя, и его сердечник не будет входить в насыщение от действия постоянного тока.

Если внутренняя схема и номиналы компонентов DC/DC-преобразователя неизвестны, то используется «правило номер один»: частота среза LC-фильтра принимается равной 1/10 от значения рабочей частоты преобразователя f_OPER. Описанный выше подход дает эффективное снижение пульсаций выходного напряжения без лишних затрат на компоненты фильтра:

Частота среза фильтра f_c — это, как известно, точка на его амплитудно-частотной характеристике, в которой сигнал уменьшается на –3 дБ, или ослаблен на 30%. Поскольку LC-фильтр нижних частот относится к фильтрам второго порядка, которые имеют затухание –40 дБ/дек, то сигнал с частотой, которая в 10 раз выше, чем частота среза фильтра, будет уменьшен в 100 раз (рис. 13).

Рис. 13. Сравнение пульсаций входного напряжения до и после использования фильтра

Фильтрация симметричных (синфазных) помех

Как уже упоминалось, сигнал выходной помехи имеет две составляющие — несимметричную (дифференциальную) и синфазную (симметричную). Повторимся: по своей природе пульсация — это в основном дифференциальная помеха, а шумы и пики — обычно синфазные (симметричные) помехи. Поскольку симметричный сигнал в виде помех присутствует на всех выходах одновременно, он не может быть «увиден» выходной емкостью, и добавление выходного LC-фильтра не уменьшит помехи такого рода. Синфазные помехи не были бы столь серьезной проблемой, если бы нагрузка была совершенно симметричной, линейной и изолированной.

Тем не менее наличие малейшей нелинейности в поведении нагрузки или в токе, который течет обратно в «землю», приведет к «выпрямлению» синфазной помехи и созданию на ее базе уже дифференциальной. Так что проблему синфазных помех тоже необходимо как-то решать. Есть два способа уменьшения синфазных помех. Это «короткое замыкание» синфазных шумов и помех с помощью низкоимпедансной линии передачи или путем использования специальных симметричных или синфазных дросселей (в англ. технической литературе и каталогах — Common Mode Choke).

Основной компонент синфазных помех — это пики. Они рождаются при переключении ключа на входной стороне преобразователя (так называемые коммутационные помехи, которые потом попадают на выход преобразователя через емкостную связь в трансформаторе, — рис. 14). Чтобы уменьшить эти помехи, им необходимо обеспечить «легкий» путь назад к входной стороне. Если выход преобразователя гальванически изолирован, то обратный путь может быть обеспечен с помощью внешних конденсаторов, выбранных так, чтобы предложить низкоимпедансный путь для тех частот, на которых проявляется эта помеха, а вернее, с учетом ее основного спектра.

Рис. 14. Конденсаторы для подавления синфазных шумов и помех в изолированном DC/DC-преобразователе

Для борьбы с синфазными помехами, как правило, выбирают конденсаторы номинальной емкостью в диапазоне 1–2 нФ. Это позволяет создать низкий импеданс на частотах в несколько мегагерц, что и обеспечивает подавление коротких пиков коммутационных помех. Такие конденсаторы обязательно должны быть рассчитаны на высокое пробивное напряжение и пройти специальное высоковольтное тестирование (в англ. терминологии — Hipot Test Voltage), так как они размещены поперек изоляционного барьера.

Синфазные дроссели

В некоторых приложениях бывает крайне нежелательно иметь конденсаторы, блокирующие изоляционный барьер, то есть элементы, установленные между общими шинами первичной и вторичной цепей. Например, у медицинского оборудования есть строгие требования по ограничению тока утечки, который может быть превышен, если мы будем иметь такой путь для тока через изоляционный барьер с низким импедансом для высоких частот. В этих случаях необходимо использовать специальный синфазный дроссель. Особенность такого дросселя состоит в том, что у него предусмотрены две обмотки, намотанные в противоположных направлениях (рис. 15).

Рис. 15. Принцип работы синфазного дросселя

Благодаря наличию противофазных обмоток синфазные токи I_S будут генерировать разностный магнитный поток в сердечнике, поскольку они текут в одном направлении. Таким образом, возникающий при этом импеданс эффективно гасит синфазные составляющие тока. Асинхронные, дифференциальные токи, проходя через дроссель, формируют возвращаемые токи I_N, которые не производят разностный магнитный поток и, следовательно, в дросселе они не затухают. Данный подход обладает существенным преимуществом: сердечник дросселя не входит в насыщение даже при наличии очень больших дифференциальных токов, поэтому для подавления синфазных составляющих в синфазных дросселях могут быть использованы сердечники с высокой магнитной проницаемостью без риска перегрева из-за прохождения через него дифференциальных составляющих общего тока.

ПАО «МСТАТОР» для подавления помех рекомендует применять
нанокристаллические синфазные дроссели серий ДС2 и ДС3

На рис. 16 показано, как синфазные дроссели используются для фильтрации выходного напряжения в DC/DC-преобразователях. Одна обмотка дросселя включена последовательно в цепи выходного напряжения V_OUT+, а другая — последовательно в цепи возвратного тока V_OUT. Импеданс синфазного дросселя выбирают с учетом того, чтобы его максимум попал в область спектра синфазных помех с самой большой мощностью, как правило, она лежит в диапазоне частот 10–100 МГц. Однако в общем случае из-за высокой проницаемости материала сердечника синфазные дроссели эффективно подавляют синфазные помехи и шумы в более широком диапазоне частот.

Рис. 16. Использование синфазного дросселя в качестве выходного фильтра DC/DC-преобразователя

Принцип подавления помех с помощью синфазного дросселя может быть использован и для преобразователей с двуполярным выходом. В таких преобразователях синфазные шумы и помехи появляются одновременно на всех трех его выходах, и их весьма сложно отфильтровать при помощи стандартных синфазных дросселей с двумя обмотками. Решение заключается в применении синфазного дросселя с тремя обмотками. У такого дросселя есть весьма полезный побочный эффект: он может быть также использован для фильтрации дифференциальных шумов и помех путем добавления двух дополнительных конденсаторов (рис. 17).

Рис. 17. Синфазный дроссель с тремя обмотками

Три обмотки такого дросселя намотаны на сердечнике раздельно и отделены друг от друга. Это необходимо, чтобы достичь некоторого приемлемого уровня индуктивности рассеивания L_S между обмотками. При выборе материала сердечника важно иметь высокую магнитную проницаемость, чтобы число витков в обмотке и, следовательно, сопротивление меди было небольшим. Для расчета индуктивности подобного дросселя применяются следующие соотношения:

Коэффициент индуктивности A_L соответствует индуктивности катушки (выполненной на данном сердечнике, приводится в его спецификации) в один виток (нГн/N 2 ) и зависит от материала сердечника и его геометрии. Индуктивность рассеяния между обмотками L_S обычно составляет около 3% от индуктивности обмотки L_C. Она может быть использована для фильтрации высокочастотных дифференциальных помех. В последнем случае применяются два дополнительных конденсатора (рис. 18).

Рис. 18. Синфазный дроссель с тремя обмотками как комбинированный выходной фильтр DC/DC-преобразователя

Синфазные конденсаторы C₁–C₃ обеспечивают путь с низким импедансом для синфазных шумов и помех на общий провод («землю») первичной цепи. Для этой цели должны использоваться высоковольтные керамические конденсаторы номиналом 1–10 нФ. Здесь, конечно, можно применять и многослойные керамические конденсаторы, но лишь в том случае, если требование по пробивному напряжению изоляции изделия невысоко. В зависимости от внутренней структуры DC/DC-преобразователя можно обойтись без конденсаторов C₁ и C₃. Дифференциальные конденсаторы C₄ и C₅ в сочетании с индуктивностью рассеяния между обмотками L₁/L₂ и L₂/L₃ образуют низкочастотный фильтр для дифференциальных помех и шумов. Номинал конденсаторов C₄ и C₅, как правило, выбирают более 1 мкФ, и в этом случае применение многослойных керамических конденсаторов будет правильным и оправданным.

Все симметричные шумы и помехи, которые проходят через дроссель из-за наличия емкостной связи между обмотками, могут быть зашунтированы на «землю» с помощью второго набора синфазных конденсаторов. На схеме рис. 18 это конденсаторы C₆–C₈. Индуктивность каждой обмотки дросселя L_C составляет, как правило, несколько сотен миллигенри, так что для расчета дифференциального фильтра индуктивность рассеяния L_S можно брать на уровне 5–10 мкГн.

Для вычислений дросселя с тремя обмотками могут быть использованы следующие формулы:

где C_CM — синфазные конденсаторы, C_DM — дифференциальные конденсаторы.

Полная максимальная фильтрация

Синфазный дроссель также может быть использован для борьбы с симметричными помехами и на первичной стороне преобразователя. Поскольку дифференциальная входная токовая помеха может быть очень большой по отношению к синфазной (имеется в виду пусковой ток и пульсации), то иногда складывается ложное представление о том, что о синфазных помехах не следует беспокоиться. Но для обеспечения общей электромагнитной совместимости часто требуется именно их подавление. Схема DC/DC-преобразователя с полной фильтрацией приведена на рис. 19.

Рис. 19. Полное подавление шумов и помех в DC/DC-преобразователе

Следует подчеркнуть, что на практике во многих приложениях могут потребоваться не все компоненты из показанных на рис. 19. Такой полный фильтр должен использоваться только в соответствии с четко осознанной потребностью, поскольку применение дополнительных компонентов приведет к снижению общей эффективности и увеличению себестоимости конечного продукта. В некоторых приложениях для обеспечения электромагнитной совместимости вполне достаточно лишь входного конденсатора C₃ и одного или нескольких синфазных конденсаторов и дросселей.

Для того чтобы уменьшить номенклатуру необходимых для сборки преобразователя компонентов, в качестве дифференциального дросселя можно использовать синфазный дроссель. Это реализуется путем изменения в соединении его обмоток (рис. 20). То есть при необходимости можно сделать CMC₁ = L₁ и CMC₂ = L₂. Это особенно полезно, если для сборки применяются SMD-дроссели. В таком случае для четырех катушек индуктивности будут использоваться только два питателя раздатчика.

Рис. 20. Использование синфазного дросселя в роли дифференциальной индуктивности

Разводка фильтра на печатной плате

Для эффективного функционирования входного и выходного фильтров решающее значение имеет их компоновка на печатной плате. Как уже было сказано, входной конденсатор следует устанавливать как можно ближе к выводам входа преобразователя. Чтобы избежать ухудшения фильтрации, необходимо использовать конденсаторы хорошего качества с ESR в миллиомах, импеданс любого соединения между конденсатором и входами преобразователя также не должен превышать нескольких миллиом. Используя нижеприведенное уравнение, можно выполнить расчет активного сопротивления печатного проводника Track Resistance:

где Track Resistance — сопротивление печатного проводника; Resistivity — удельное сопротивление (удельное сопротивление меди 1,7×10 –6 Ом/см); Length — длина печатного проводника; Thickness — толщина печатного проводника; Width — ширина печатного проводника; TempCo — температурный коэффициент сопротивления (для меди TempCo = +0,393%/°C); Temp — температура печатного проводника.

Обычная печатная плата имеет толщину меди 35 мкм, так что проводник шириной 1 мм и длиной 1 см будет при температуре +25 °C иметь сопротивление по постоянному току, равное почти 5 мОм, с увеличением до 6 мОм при температуре +85 °C. (Для расчетов можно воспользоваться онлайн-калькулятором [2]. — Прим. переводчика.)

Помимо сопротивления по постоянному току, необходимо учитывать и сопротивление печатного проводника по переменному току, то есть его импеданс (полное сопротивление). Проводник печатной платы обладает как индуктивностью, так и распределенной емкостью по отношению к другим дорожкам платы и установленным на нее компонентам. Это может привести к неожиданным результатам в части наводки помех вследствие емкостной или индуктивной связи между дорожками, слоями и непосредственно с компонентами. Например, верхняя дорожка печатной платы, проходя над другой дорожкой на нижней стороне печатной платы или над шиной в теле печатной платы (если это многослойная печатная плата), будет обладать характеристическим импедансом Z₀ и емкостью C₀ в соответствии с уравнениями (рис. 21).

Рис. 21. Расчет характеристического импеданса и емкости проводников печатной платы

Исходя из вышесказанного, важно, чтобы используемые в схеме фильтрации проводники на печатной плате не проходили над или вблизи других, особенно сигнальных проводников. В идеале двусторонняя или многослойная плата должна использоваться так, чтобы шины заземления могли формироваться непосредственно под или рядом с помехоподавляющими компонентами. Если печатная плата односторонняя, то соединения должны быть максимально короткими и широкими (рис. 22).

Рис. 22. Пример компоновки на печатной плате простого фильтра для обеспечения требований класса A.
Разводка печатной платы показана с преобразователем серии RP30 SF

Компоненты фильтров также должны быть рассмотрены как реальные, а не идеальные компоненты. Это означает, что на высоких частотах паразитная индуктивность конденсатора или паразитная емкость катушки индуктивности может взять на себя инициативу в определении поведения компонента. Другими словами, конденсаторы начинают вести себя как катушки индуктивности, и наоборот. Резисторы могут вести себя либо как индуктивности, либо как конденсаторы.

При умелом подборе компонентов эти проблемы можно нейтрализовать или полностью их устранить. Наиболее важным критерием при конструировании является учет собственной резонансной частоты компонента, то есть той точки его амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), где характер его поведения изменяется. В качестве примера на рис. 23 для такого элемента, как конденсатор, показан график зависимости импеданса от частоты.

Рис. 23. Собственная резонансная частота конденсатора

Сплошная линия на графике показывает АЧХ конденсатора емкостью 4,7 ;нФ, имеющего эквивалентное последовательное сопротивление ESR = 0,01 Ом и собственную эквивалентную индуктивность ESL = 2,5 нГн. Пунктирная линия показывает тот же конденсатор, для которого было смоделировано недостаточно качественное размещение на плате, в частности подключение. К имеющемуся ESR такое подключение добавило 50 мОм, а к ESL — 50 нГн. Как видно из графика, резонансная частота сместилась в более низкую область частот, а это означает, что конденсатор начнет вести себя уже как индуктивность на частоте в одну десятую от собственной резонансной частоты, указанной в спецификации.

Для конструкции печатной платы, представленной на рис. 22, особенно важно, чтобы значение ESR и ESL для подключенного к общему проводу («земле») выводу конденсатора было настолько низким, насколько это возможно. Данное требование нельзя выполнить путем простого электрического соединения с общим проводником через одно-единственное проходное отверстие печатной платы — для этого необходимо несколько отверстий (рис. 24). Такой подход приведет к снижению сопротивления как по постоянному току, так и импеданса в целом, то есть с учетом сопротивления и по переменному току.

Рис. 24. Пример многоточечного подключения вывода элемента к общему проводу

Для индуктивностей (в рассматриваемом случае — дросселей фильтров) длина соединительного проводника не имеет значения, поскольку длинный проводник будет только увеличивать общую индуктивность. Тем не менее будет правильным установить индуктивности как можно ближе к источнику помех и возможной интерференции.

При разводке любых описанных здесь фильтров особое внимание должно быть уделено протекающим в цепи токам. Любой ток, протекающий в контуре, будет генерировать электромагнитное поле, которое может индуцировать шум и помехи в других частях схемы. В идеале для подключения к общему проводнику (заземлению) необходимо использовать соединения типа «звезда», когда все обратные токи будут течь к одной общей точке заземления. Если же петля все же окажется неизбежной, то площадь такого контура должна быть как можно меньшей.

С хорошо разведенной печатной платой и правильным выбором компонентов результаты подавления пульсаций, шумов и помех DC/DC-преобразователя могут быть весьма впечатляющими. Наглядный практический пример приведен на рис. 25.

Рис. 25. Пример измерения шумов и помех до и после их фильтрации

Литература

1. Roberts S. DC/DC Book of Knowledge Practical tips for the User. RECOM Second Edition, 2015.
2. The CircuitCalculator.com Blog. A blog with live web calculators.

​ Скачать статью.pdf

Скачать «Нанокристаллические синфазные дроссели» (Серии ДС2 и ДС3)

Консультация по услугам

Менеджеры компании с радостью ответят на ваши вопросы и произведут расчет стоимости услуг и подготовят индивидуальное коммерческое предложение.