Лекция 13 - Конспекты, страница 9

Фильтрвыполнен с монолитным многослойным конденсатором ёмкостью 0,0476,8 мкФ. Нижняя граница диапазона помехоподавления у такого фильтрасоставляет до 10 кГц. Емкостные элементы, проходные выводы и ферритовыетрубки (на ток до 10 А) размещены внутри керамического корпуса игерметизированы эпоксидным компаундом. На рисунке 7.119 приведенызависимости вносимого затухания от частоты при сопротивлении схемы 75 Ом.Следует отметить, что эти характеристики весьма условны и зависят отзначения полного сопротивления источника помех и нагрузки, переходногосопротивления между корпусом фильтра и корпусом аппаратуры и ряда другихфакторов, плохо поддающихся расчёту.Рисунок 7.119 – Зависимость вносимого затухания от частоты для фильтра Б26В настоящее время ряд зарубежных фирм (например, "Murata") выпускаетпроходные керамические конденсаторы в SMD исполнении.

С их помощьюможно осуществлять хорошую фильтрацию помех на радиочастотах. Ониимеют компактные размеры (0805 или 1206) и простую конструкцию. Ихизготавливают из того же материала (COG, X7R), что и стандартныекерамические конденсаторы, производятся по одинаковой технологии и имеют51Электропитание РЭАсходныеГлава 7.3техническиепреимущества:простотуработы,компактнуюконструкцию и широкий диапазон рабочих температур.Значительным преимуществом проходных конденсаторов по сравнениюсостандартнымикерамическимиконденсаторамиявляетсяихнизкаяпаразитная индуктивность.

Специальная внутренняя конструкция проходныхфильтров позволяет не только снизить паразитную индуктивность, но иподавлять помехи на более высоких частотах. В обычных керамическихконденсаторах паразитные индуктивности соединены последовательно, а впроходных – параллельно.Зачастую на входе и выходе ИЭП используют дополнительныеферритовые фильтры.

Конструктивно они представляют из себя ферритовые"защёлки" ("бочонки") или кольца.Как правило, ВЧ-помеха может распространяться сразу по двумпроводам. То есть оба сетевых провода для помехи – это как два параллельныхпрямыхпровода(иликакантенна),аземля–обратныйпровод.Надев ферритовое кольцо на сетевой провод, можно увеличить егоиндуктивность, а значит и сопротивление на высоких частотах. Поэтому токпомехи станет меньше.Феррит является ферромагнетиком, не проводящим электрический ток, тоесть по сути это магнитный изолятор.

В этом материале не создаются вихревыетоки, и поэтому он весьма быстро перемагничивается – в такт частоте внешнихэлектромагнитных полей. Это свойство материала является основой дляэффективной защиты электронных приборов. Ферритовое кольцо, надетое накабель, способно создать для синфазных токов большой активный импеданс.Для силовых ферритовых поглотителей определяющее значение имеютмагнитная проницаемость феррита и магнитная индукция насыщения в нём.Первая должна быть не менее 4000, а лучше – 10 000, а вторая – не менее0,25 Тл.52Электропитание РЭАГлава 7.3Примечательно,чтопоследовательныйимпеданс,вносимыйвысокочастотным ферритовым сердечником, можно увеличить, сделав на нёмнескольковитковпроводника: теоретическиимпеданстакойсистемыувеличивается пропорционально квадрату числа витков. Однако вследствиенелинейности ферритов и потерь в них два витка на сердечнике увеличатимпеданс не в четыре раза, а немного меньше.

Для того чтобы эти нескольковитков поместилось в кабельном фильтре, нужно выбирать заведомо бо́ льшийтипоразмер. Если это неприемлемо, и кабель должен оставаться той же длины,следует применять несколько ферритовых фильтров.Вместо ферритового фильтра-защёлки иногдаприменяют кольца,надетые на сетевой провод. Внешний вид ферритовых фильтров приведён нарисунке 7.120.Рисунок 7.120 – Ферритовые фильтрыТаким образом, в общем случае спектр симметричных помех на выходеИЭП содержит следующие составляющие:- помехи на частоте преобразования (ВЧ-пульсации);-коммутационныепомехипереключения,обусловленныенеидеальностью частотных свойств диодов выходного выпрямителя;53Электропитание РЭАГлава 7.3- ВЧ-колебания, обусловленные резонансными явлениями в силовомтрансформаторе;- наведённые помехи, обусловленные электромагнитными колебаниямииз контуров с большими значениями импульсных токов.Заметим, что уровень наведённых помех в выходном контуре может бытьзначительным.Спектр несимметричных помех содержит коммутационные ВЧ-помехи ввиде пачек затухающих импульсов в моменты коммутации ключа и, значит,диодоввыходноговыпрямителя.Пачкиимпульсовидутсчастотойпреобразования (коммутации).

В принципе их величина существенно меньше,чем на стоке ключа, поскольку выход низковольтный.В таблицах 7.5-7.7 сведены методы обеспечения ЭМС ИЭПТаблица 7.5 – Общие методы обеспечения ЭМС ИЭП (собственные помехи)№п/п12Виды электромагнитныхвоздействийМеры по ослаблению и подавлениюКондуктивные помехи- применение в ККМ и ПН высококачественныхкомпонентов (быстродействующих транзисторов,рекуперативных диодов, демпферов, снабберов и т. д.);- оптимальная компоновка узлов и компонентов(минимизация взаимного влияния).Помехи излучения- оптимизация площади и поперечного сечениясиловых контуров с большими токами;- оптимизация конструкции и топологии намоткивысокочастотных трансформаторов (уменьшениеиндуктивности рассеяния, минимизация паразитнойёмкости между обмотками, экранированиетрансформаторов).Таблица 7.6 – Общие методы обеспечения ЭМС ИЭП (помехи на выходе)№п/п1Виды электромагнитныхвоздействийИмпульсные помехиМеры по ослаблению и подавлению- использование квазирезонансных схем ПН;- использование в выходном ВЧ выпрямителе диодовШоттки или сверхбыстродействующих диодов (FRED),ограничителей скорости нарастания напряжения,демпферов;- использование ВЧ дросселей с малой паразитнойёмкостью;54Электропитание РЭА2Низкочастотные помехи3Высокочастотные ирадиопомехиГлава 7.3- шунтирование электролитических конденсаторовкерамическими;- использование на выходе проходных конденсаторов;- тщательная разводка печатных плат;- тщательная компоновка узлов и компонентов ИЭП.выбор повышенной частоты преобразования иоптимального закона регулирования (ШИМ, ЧИМ)применение высокоэффективного фильтра(двухзвенного) и рациональный выбор егокомпонентов.Таблица 7.7 – Общие методы обеспечения ЭМС ИЭП (помехи от СЭС)№п/пВиды электромагнитныхвоздействийПровалы напряжениямедленные1быстрые2Броски напряжения(перенапряжения)3Высшие гармоническиесоставляющие входноготокаМеры по ослаблению и подавлению- применение ИЭП с универсальным входом;- применение ККМ.- оптимальное значение величины ёмкостиконденсатора сетевого выпрямителя или выходногоконденсатора в ККМ.- то же;- рациональный выбор способа импульсногоуправления (ШИМ, ЧИМ), включая введениеуправляющего сигнала по входному напряжению.применение ККМ (пассивных и активных взависимости от мощности ИЭП).Кондуктивные помехи45импульсныенизкочастотныевысокочастотные ирадиопомехиПомехи излученияприменение варисторов на входе сетевого фильтра.применение ККМ.тщательный выбор компонентов сетевого фильтра- экранированный корпус (кожух);- правильное заземление;- минимизация площади контуров с повышенныминдуктивным сопротивлением.7.16.6 Расчёт сетевого помехоподавляющего фильтраПусть исходными данными для расчёта сетевого помехоподавляющегофильтра являются:- входная сеть: 200 В / 400 Гц, три фазы;- ток потребления по каждой фазе: 15 А;- частота преобразования силовой части ИЭП f0: 1 МГц;- необходимое подавление A: до -40 дБ.55Электропитание РЭАГлава 7.31.

Выбор топологии фильтраДля достижения бо́ льшей эффективности применим два соединённыхпоследовательно звена фильтрации. Пусть каждое звено будет располагаться всвоём электрогерметичном отсеке. Электрическое соединение между отсекамибудем осуществлять посредством проходного конденсатора.Первое звено включает в себя X-конденсаторы, синфазный трёхфазныйдроссель, Y-конденсаторы и проходные конденсаторы.

Второе звено включаетв себя X-конденсаторы, синфазный трёхфазный дроссель, Y-конденсаторы,проходныеконденсаторы,атакжедросселидляфильтрациидифференциальных помех.Схема фильтра приведена на рисунке 7.121.Рисунок 7.121 – Схема трёхфазного сетевого фильтра помех2. Расчёт синфазного фильтраОпределим частоту излома характеристики фильтра первого звена извыражения:fс  f0A 10 40 1064010 40 100 кГц .(7.193)Предполагаем, что импеданс линии Rline составляет 50 Ом (именно такойимпеданс требуется при тестах на ЭМС). Таким образом, данное значениеявляется демпфирующим элементом внутри реактивной цепи фильтра.56Электропитание РЭАГлава 7.3Минимальный коэффициент затухания ζ не должен быть менее 0,707.Меньшее значение приведёт к "звону" и даст менее 3 дБ затухания на частотеизлома характеристики.Индуктивность обмотки дросселя Lф найдём какLRline50  0,707 100 мкГн , fc3,14  100  103(7.194)а ёмкость Y-конденсатора Cy1 какС12 2 fc  L12 2  3,14 100 10  100 103 25 нФ .

(7.195)6Дроссель должен быть рассчитан на напряжение до 250 В переменноготока и ток не менее 15 А. Выберем наиболее подходящий по токовой нагрузкедроссель серии B82747 ("Epcos"), допускающий ток до 31 А. Такой дроссельпредставляет собой ферритовое кольцо с намотанными на него тремякатушками, расположенных относительно друг друга под углом 120°. Такаяконструкцияобеспечиваетфильтрациюкаксинфазных,такидифференциальных помех, выгодно уменьшая габариты входной цепи ИЭП.Однако его индуктивность составляет 900 мкГн.Для того чтобы оставить частоту излома характеристики неизменной,значение ёмкости Y2-конденсатор должно быть уменьшено ориентировочно в 9раз.Выбираем полипропиленовый Y2-конденсатор серии B32021 ("Epcos")ёмкостью 3,3 нФ.Для второго звена ёмкость Y2-конденсатора примем в десять разбо́ льшей.

Подойдет полипропиленовый Y2-конденсатор серии B32022 ("Epcos")ёмкостью 33 нФ. Синфазный дроссель второго звена такой же, как и в первом.Ёмкость X-конденсаторов выбирают произвольно исходя из требуемыхразмеров. Подойдут полипропиленовые X1-конденсаторы серий B32911(0,01 мкФ), B32912 (0,1 мкФ) и B32913 (0,47 мкФ).57Электропитание РЭАГлава 7.3В качестве проходного конденсатора выберем конденсатор типа Б26-1("Гириконд") с токовой нагрузкой 25 А, максимальным напряжением 500 В иёмкостью 2,2 нФ.

Такой конденсатор вносит затухание на 25 дБ на частоте100 МГц и 33 дБ на частоте 300 МГц.3. Расчёт фильтра дифференциальной помехиФильтр помех при дифференциальном включении должен иметь болеенизкий коэффициент затухания, чем фильтр синфазных помех, поскольку прииспользовании более высоких коэффициентов затухания объединённая реакциязатухания всей секции фильтра будет слишком инертной. Пусть   0,5 .