Фільтри кондуктивних електромагнітних завад.

          Існує два типи вхідних силових шин. Силові шини постійного струму – це однопровідні силові з’єднання, друге плече живлення яких формує заземлення. Іншим типом вхідного з’єднання є двох або трьохпровідна система живлення від мережі змінного струму. Проектування фільтру ЕМ завад для систем постійного струму здійснюється в основному в вигляді простого LC-фільтра. Всі завади між одним силовим проводом і замиканням через „землю” є синфазними. Фільтр постійного струму, значно більш складний, оскільки враховує паразитні характеристики компонентів.

          Вхідний фільтр кондуктивних ЕМ завад призначений для утримання ВЧ кондуктивного шуму в середині корпусу. Фільтрація ліній входу/виходу також важлива для захисту від шуму внутрішніх схем (наприклад мікропроцесорів, АЦП, ЦАП).

Проектування фільтра синфазних завад.

          Фільтр синфазних завад відфільтровує шум, що створюється між двома лініями живлення (H1 і H2). Схема такого фільтру приведене нижче на рис.1.5.11.

Рис. 1.5.11.  Фільтр синфазних завад.

У фільтрі синфазних завад обмотки котушки індуктивності знаходять в фазі, але змінний струми, що протікають через ці обмотки – у протифазі. У результаті для тих сигналів, що співпадають чи протилежні по фазі на двох лініях електроживлення, синфазний потік всередині сердечника урівноважується.

          Проблема проектування фільтра синфазних завад заклечається в тому, що при високих частотах (коли власне і потрібна фільтрація) ідеальні характеристики компонентів спотворюються через паразитні елементи. Основним паразитним елементом є міжвиткова ємність самого дроселя. Це невелика ємність, яка існує між всіма обмотками, де різниця напруг (В/виток) між витками веде себе подібно  конденсатору. Цей конденсатор при високій частоті діє як шунт навколо обмотки і дозволяє ВЧ змінному протікати в обхід обмоток. Частота, при якій це явище є проблемою, вища частоти авторезонансу обмотки.

          Між індуктивністю самої обмотки і цією розподіленою міжвитковою ємністю формується коливальний контур. Вище точки авто резонансу вплив ємності стає більшим від впливу індуктивності, що знижує рівень затухання при високих частотах.

Частотна характеристика фільтра зображена на рис. 1.5.12.

Рис. 1.5.12.           Частотна характеристика фільтра.

Цей ефект можна зменшити, використавши Cx більшої ємності. Частота авторезонансу є тією точкою в якій проявляється можливість найбільшого затухання для фільтра. Таким чином, шляхом вибору методу намотки обмоток індуктивності, можна розмістити цю точку поверх частоти, яка потрібна для найкращої фільтрації.

          Щоб почати процес проектування необхідно виміряти спектр не фільтрованого кондуктивного шуму або прийняти по відношенню до нього деякі припущення. Це необхідно для того, щоб знати яким повинно бути затухання і на яких частотах.

          Приймемо, що нам необхідно 24дБ затухання на частоті переключення перетворювача напруги.

          Визначимо частоту зрізу характеристики фільтра:

,

 де Gζ – затухання;

,

          де: fc­ – бажана частота зрізу характеристики фільтра, fsw- робоча частота перетворювача напруги. У нашому випадку fsw=100кГц, затухання Gζ= -24дБ.

Вибір коефіцієнта затухання

          Мінімальний коефіцієнт затухання (ζ) не повинен бути менше 0,707. Менше значення приведе до „звону” і не дасть менше 3дБ затухання на частоті зрізу характеристики.

Розрахунок початковий значень компонентів

,

де: ζ – коефіцієнт затухання, ζ=0,707, RL =50Ом - імпеданс лінії,

;

          Приймаємо С≈0,1мкФ 400В.

Приймаємо  Сх=0,22мкФ400В.  Дані конденсатори розміщені між лініями електроживлення. Вони повинні витримувати напругу 250 В та будь – які  скачки напруги

Величину Су – конденсаторів, які розміщені між кожною фазою та „землею” і повинні витримувати високі напруги ≈2500 В вибирають на декілька порядків меншою Су ніж Сх. Це пов’язано з тим, що найбільша ємність конденсатора, доступна при номінальній напрузі 4 кВ, складає 0,01 мкФ. Приймаємо Су=2,2 нФ.

Оскільки сумарна ємність вибраних конденсаторів більша за розраховану, то можна припустити, що фільтр буде забезпечувати мінімуму 60 дБ затухання при частотах в діапазоні від 500 кГц до 10 МГц.

Розрахункова схема фільтру підходить як для вхідного так і для вихідного кола:

Рис. 1.5.13.  Вхідний фільтр ЕМ завад.

L5=L=450 мкГн

С55=С58=Сх=0,22 мкФ400 В

С54=С56=Су=3,3 нФ3 кВ.

Рис.1.5.14. Вихідний фільтр ЕМ завад.

L6=L=450 мкГн

С54=С56=Су=3,3 нФ3 кВ.

С57=С59=Сх=0,22 мкФ400 В

1.6. Обґрунтування вибору елементів схеми.

Джерело безперервного живлення повинне забезпечувати цілодобову роботу будь-якого пристрою, що підключений до нього, із збереженням вихідних параметрів, тому до нього висуваються жорсткі вимоги, як до конструкції так і до вибору елементів схеми.

Умовно елементи схем можна поділити на елементи загального застосування і спеціальні.

Елементи загального застосування є виробами масового виробництва, тому вони піддалися досить широкій стандартизації. Стандартами і нормами встановлені техніко-економічні і якісні показники, параметри і розміри. Такі елементи називають типовими. Вибір типових елементів проводиться по параметрах і характеристикам, що описують їх властивості як при нормальних умовах експлуатації, так і при різних впливах (кліматичних, механічних і ін.).

Основними електричними параметрами є: номінальне значення величини, характерної для даного елемента (опір резисторів, ємність конденсаторів, індуктивність котушок і т.інш.) і межі припустимих відхилень; параметри, що характеризують електричну міцність і здатність довгостроково витримувати електричне навантаження; параметри, що характеризують втрати, стабільність і надійність.

Основними вимогами, якими потрібно керувати при проектуванні радіоелектронної апаратури, є вимоги по найменшій вартості виробу, його високій надійності і мінімальним масогабаритним показникам. Крім того, при проектуванні важливо збільшувати коефіцієнт повторюваності електрорадіоелементів. Виходячи з перерахованих вище критеріїв зробимо вибір елементної бази приладу.

1.6.1. Вибір резисторів.

При виборі резисторів перш за все звертаємо увагу на їх габарити, вартість та надійність, що зумовлена напрацюванням на відмову. А виходячи з того що сучасні інтегральні технології дуже просунулися, порівняно з минулими роками, ми маємо резистори, які характеризуються: високою надійністю та низькою собівартістю, компактними розмірами та великою різновидністю.

Порівняємо декілька типів резисторів.

Товстоплівкові резистори з допуском ±5%.

Технічні параметри.                                                                 Таблиця 1.6.1

Товстоплівкові резистори з допуском ±1%.

Технічні параметри.                                                                Таблиця 1.6.2

Типорозміри SMD резисторів.                                                Таблиця 1.6.3

Виходячи з таб.1.6.1. … таб.1.6.3. в якості опорів обираємо товстоплівкові резистори RC01 та RC02H з типорозміром корпусу 1206 (рис.1.6.1).

Потужні SMD резистори. Технічні параметри.                      Таблиця 1.6.4

Виходячи з таб.1.6.4. в якості потужних опорів обираємо резистори RWN5020 з типорозміром корпусу SMD POW (рис.6.2.б).

А = 1.5 мм.

В = 1.2 мм.

С = 4.7 мм.

Рис.1.6.1. Рекомендоване розположення при пайці резисторів RC01, RC02H типорозміру 1206.

а)

б)

Рис.1.6.2. Типорозміри корпусів резисторів:

а) SMD MELF ; б) SMD POW

В якості підстроювальних опорів вибираємо резистори PVZ3A фірми Murata рис. 1.6.3.

              Підстроювальні резистори PVZ3A.

              Технічні параметри.                                     Таблиця 1.6.5

Рис.1.6.3. Типорозмір підстроювальних резисторів PVZ3A.

1.6.2 Вибір конденсаторів.

При виборі конденсаторів, враховуючи умови експлуатації виробу, а також електричні параметри,  будемо керуватися тим, що для конденсаторів  висуваються  наступні вимоги:

- найменша маса;

- найменші розміри;

- відносна дешевизна;

- висока стабільність;

- висока надійність;

Візьмемо для розгляду декілька типів конденсаторів, і зробимо порівняння відносно класу діелектрика у вигляді таблиці.

SMD конденсатори. Технічні параметри.                             Таблиця 1.6.6

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14