Viewer

Активные "транзисторные" силовые фильтры

26 сообщений в этой теме

Viewer    26

О транзисторных силовых фильтрах не слышал только ленивый.
Основная проблема при типовой схеме - низкий кпд при условно больших токах и невысокий коэффициент фильтрации.
В моем случае, потребовался прецизионный ИП (Uout <= 30 V) с низким коэффициентом пульсаций при номинальной нагрузке ( < 0.1 mV при 1..2 А).
Рассмотрев, протестировав разные схемы активных стабилизаторов, стало ясно, что только стабилизатор задачу решить не сможет - требуется фильтр.
Простое решение, путем увеличения емкости фильтра выпрямителя - тоже не устроило. Очень большие емкости требуются.
Поэтому, была сделана попытка создания активного транзисторного фильтра с высокими кпд и коэффициентом фильтрации.
Что из этого вышло - судите сами.
Изучив разные схемы транзисторных фильтров, проведя симуляции и тесты на макетах, стало ясно - основой хорошего фильтра должен быть транзистор Дарлингтона в режиме повторителя,
а также эффективная схема фильтрации напряжения на его базе, что и даст повторение качественного напряжения на выходе.
В итоге, схема свелась к силовому транзистору, источнику тока и паре вспомогательных фильтров по базе.

Исходные требования:
- выходное напряжение 33 В при номинальном токе 2 А;
- размах пульсаций на выходе при номинальном токе 2 А, не более 1 мВ;
- мощность потерь, не более 5 Вт.

После продолжительного подбора ЭРЭ, схема свелась к следующей:
- транзистор силовой: 2N6043 ( hfe >= 1000);
- транзистор, как источник тока: 2П308А;
- конденсаторы фильтра выпрямителя: Jamicon 2 * 4.7 mF x 50V;
- конденсаторы активного фильтра: Jamicon 2 * 220 uF x 50 V.

Трансформатор: 27 V, 200 W
Диодный мост: D3SBA60 (600V, 4A, Ufw=1 V - не оптимальный выбор).

Характеристики схемы и фильтра (при токе 2 А):
- размах пульсаций на входе фильтра: 1.7 V;
- размах пульсаций на выходе фильтра: 0.9 mV
- коэффициент подавления пульсаций: ~2000 или 65 dB;
- мощность, выделяемая на фильтре: 4.8 W;
- мощность, выделяемая в нагрузке: 33 V * 2 A = 66 W;
- кпд: 93%

 

sch-01.png

Изменено пользователем Viewer
  • Одобряю 1

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Viewer    26

Несколько худшая схема по пульсациям ( Кpulse = 1300 ), но более повторяемая:

 

sch-02.png

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Starichok    1 219

а токовое зеркало в данном случае и не может дать хороший результат. у тебя оно "отражает" пульсации на С1 в базу транзистора.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
mvkarp    3 757
8 часов назад, Viewer сказал:

Характеристики схемы и фильтра (при токе 2 А):
- размах пульсаций на входе фильтра: 1.7 V;

Оставим пульсации на входе на том же уровне. 
Какова зависимость пульсаций на выходе от тока в нагрузке?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
J_Ohm    346
10 часов назад, Viewer сказал:

Рассмотрев, протестировав разные схемы активных стабилизаторов, стало ясно, что только стабилизатор задачу решить не сможет - требуется фильтр.

Только какой конкретно стабилизатор? Обо всех так опрометчиво заявлять не стоит...

4 часа назад, Starichok сказал:

а токовое зеркало в данном случае и не может дать хороший результат. у тебя оно "отражает" пульсации на С1 в базу транзистора.

Если бы только это. Силовой транзистор при питании его базы током либо войдет в насыщение, либо будет ограничивать выходной ток.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Viewer    26
6 часов назад, mvkarp сказал:

Какова зависимость пульсаций на выходе от тока в нагрузке?

Входные пульсации в реальной схеме невозможно оставить на прежнем уровне, т.к. они тоже уменьшаются с уменьшением тока нагрузки.

График симулированных пульсаций (размах) от тока нагрузки приведен ниже.

Однако можно сделать виртуальный эксперимент с сохранением уровня входных пульсаций, скажем размах 1 В и определить зависимость размаха выходных пульсаций от тока нагрузки. Чуть позже сделаю такой эксперимент и опубликую график. Это если я правильно понял вопрос.

Vpp.png

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Viewer    26

Виртуальный эксперимент:

- входное напряжение есть сумма постоянного Vdc = 35 В и переменного с амплитудным значением Vamp = sqrt(2) В.

Внутреннее сопротивление источников = 0. Кроме того, отсутствуют мост и С1.

Зависимость размаха пульсаций на выходе от тока нагрузки на графике:

 

Vpp-02.png

Изменено пользователем Viewer

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Viewer    26

Нагрузочная характеристика:

( при изменении тока от 0 до 2 А выходное напряжение изменяется на 0.28 В, т.е. выходное сопротивление фильтра 0.14 Ом.

Uload.png

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
colorad    411

Схема для сравнения , ибо  всё познается в сравнении .

Пульсации на входе 1.4В , зеленый

Пульсации на выходе 0.83мВ , синий

фильтр.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
colorad    411

Сравнение двух фильтров в режиме пульсирующей нагрузки . Пульсации выхода F= 20Гц , ток 0-2А .

Верхнии графики - напряжение на входе .

Нижние на выходе. Пульсации 1-й схемы 119мB ( зеленый ) , 2-й 305мВ (синий)

Вывод: схема с ОС по выходу имеет (меньшее Rвых) меньшие пульсации в режиме изменяющейся нагрузки

фильтр.jpg

Изменено пользователем colorad

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Viewer    26
4 часа назад, J_Ohm сказал:

Только какой конкретно стабилизатор? Обо всех так опрометчиво заявлять не стоит...

За все я и не собирался отвечать :). Поскольку это для своих экспериментов, то из желаний было "попроще", низкие уровни пульсаций и шумов, отсутствие монстроидального конденсаторного фильтра. Поэтому и возник такой микс: активный фильтр + относительно простой стабилизатор. В дополнении, для окончательной очистки сделал еще параллельный фильтр.

> Вывод: схема с ОС по выходу имеет (меньшее Rвых) меньшие пульсации в режиме изменяющейся нагрузки

С этим никто не спорит :)

Смысл всего написанного был как раз в сладкой парочке: активный фильтр + стабилизатор.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Vovk Z    92

Кому-то, кому нужен активный транзисторный фильтр, такое решение тоже может пригодиться (поэтому поставил плюс).

Однако, если потом все равно ставить стабилизатор, то можно сделать и проще - использовать два последовательных интегральных стабилизатора, например, LM317HV и LM317. На выходе второго - сетевых пульсаций почти не будет, останутся (в зависимости от грамотности разводки платы), в основном, только его собственные шумы. Т.е. получится около 0,1-0,3 мВ пульсаций и шумов RMS на выходе (в широкой полосе).

Если есть лишние деньги - можно сделать последовательную цепочку LM317HV и LT3080 (но ток до 1.1 А). Шумы будут еще в несколько раз меньше (чем с LM317).

Изменено пользователем Vovk Z
  • Одобряю 1

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Manowar    102
В 11.06.2017 в 04:11, Viewer сказал:

sch-02.png

схема неграмотна. источник тока выглядит несколько иначе, чем Q4&Q3 

 

В 11.06.2017 в 03:51, Viewer сказал:


Основная проблема при типовой схеме - низкий кпд при условно больших токах и невысокий коэффициент фильтрации.
В моем случае, потребовался прецизионный ИП (Uout <= 30 V) с низким коэффициентом пульсаций при номинальной нагрузке ( < 0.1 mV при 1..2 А).
Рассмотрев, протестировав разные схемы активных стабилизаторов, стало ясно, что только стабилизатор задачу решить не сможет - требуется фильтр.
 

 

опрометчивое заявление. 

 чуть ниже, схемка на 5 деталях уделает вышеуказанные схемотехнические изыски как по пульсациям, так и по выходному сопротивлению, не говоря о собственно стабильности вых напряжения.

 

11.40.png

вместо мощного оу на необходимый выходной ток можно использовать мс умзч(tda2030,2050, lm1875 итд) или дополнить выход оу повторителем(до цепей ос)

Изменено пользователем Manowar

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
dbokov    55
В 06.08.2017 в 17:37, Manowar сказал:

схемка на 5 деталях

Это же схема ИОНа, а разговор про стабилизатор и его шумы. Для уменьшения шумов двойная стабилизация самое то, с применением во второй ступени малошумного стаба.

Изменено пользователем dbokov

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Manowar    102

в чем принципиальное отличие ИОНа и стабилизатора, раз разговор о стабилизаторе и его шумах? 

если в этой схеме деталей меньше и работает на порядки лучше, какой смысл городить дополнительные "фильтра"? утилизировать ненужные детали и избытки электроэнергии? 

озвучено требование уровня шумов лучше 100мкв при 2А нагрузке..схемотехника построения стабилизатора с подобными параметрами и приведена, дальше расчет да выбор подходящих компонентов. ничто не мешает модифицировать на необходимый ток, дополнив повторителем

theory_2_clip_image001.gif

"стабилизаторы не обеспечивают"(С), а фильтр, стало быть ?  на реальной нагрузке  вышеопубликованные схемы фильтров едва ли обеспечат сотни милливольт пульсаций при изменении тока потребления от 0 до 2А и дрейф вых напряжения в единицы вольт.  моделирование - дело, конечно, хорошее, но автору топика таки надо и учитывать реальные изменения входного напряжения, тока потребления нагрузки, да хотя бы прикинуть вых сопротивление получившейся конструкции.. когда  один  тепловой дрейф(тот же нч шум) -2.2мв на каждый градус да вых сопротивление в единицы ом, о каких 100мкв речь может идти? 

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
dbokov    55
В 07.08.2017 в 21:43, Manowar сказал:

принципиальное отличие ИОНа и стабилизатора

ИОН не предназначен для мощной нагрузки, он - только опора для сравнения. Отсюда и высокие показатели.

Если добавить повторитель, то схема становиться +- обычным стабилизатором с его шумами.

Для решения вопроса топикстартера надо искать схему малошумного стаба.

Вот на тему 

LowNoise_LDO.pdf

Изменено пользователем dbokov

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Manowar    102

вы видите принципиальную разницу меж  этой схемой

http://istochnikpitania.ru/index.files/Nov_sxem.files/2_Nov_sxem.files/2_Nov_sxem58.htmimage3466.jpg

и этой:

1xLM399H 10V.JPG

одна позиционируется как стабилизатор, вторая - как источник опорного напряжения, калибратор для измерительных приборов.

если отбросить во второй схеме элементы дополнительной фильтрации шумов, ограничения тока - то схемы включения идентичны - оу с повторителем по выходу, по инвертирующему входу делитель с выхода, по неинвертирующему - опора, запитанная с выхода стабилизатора.

Изменено пользователем Manowar

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
dbokov    55

Ну если не считать наличие супер-пупер ИОНа во второой схеме, которая более стабильнее, то нет, не вижу.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Manowar    102

тогда чего лить из пустого в порожнее? предложенная схемотехника и будет отвечать высоким заявленным требованиям стабилизатора(конечно, можно поискать готовое интегральное решение с весьма нетривиальными параметрами, и , наверняка оно есть, но его доставаемость и цена будут весьма далеки от желаемых)

дальнейшие выходные параметры, конечно, будут зависимы и от применённых деталей(шумы/дрейф стабилитрона и оу, качества резисторов, возможностей рег транзистора(который может быть и обеднённым полевиком) итд).  

   

Изменено пользователем Manowar

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
dbokov    55
2 часа назад, Manowar сказал:

предложенная схемотехника и будет отвечать высоким заявленным требованиям стабилизатора

Согласен. Я с этим и не спорил, в железе эта схемотехника (ОУ+силовой транзистор) работает очень прилично.

Просто предложенная Вами схема (ИОН без транзистора) выдаёт очень хорошие параметры, но использовать ей с большой нагрузкой не получится. А если добавить силовой транзистор, то он добавляет шумов.

Изменено пользователем dbokov

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
tar    33
52 минуты назад, dbokov сказал:

А если добавить силовой транзистор, то он добавляет шумов.

Зачем? разве что увеличивается глубина ОС. Как писалось выше, вы можете использовать вместо слабого ОУ, усилители типа TDA2030 или TDA2050 которые по сути являются мощными ОУ с хорошим уровнем шума и линейными характеристиками.

Надо бы самому попробовать запилить БП на TDA2050. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Vovk Z    92

TDA2030, как раз, добавит шумов, а просто транзистор  (эмиттерный повторитель), на выходе ОУ - почти ничего, в плане шума, не изменит. Транзистор же внутри ОС. Шум определяется шумом ИОН (стабилитрона), ОУ и его обвязкой (резисторы ОС).

Изменено пользователем Vovk Z

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
tar    33
5 часов назад, Vovk Z сказал:

TDA2030, как раз, добавит шумов

Добавит шумов к чему? 

5 часов назад, Vovk Z сказал:

Шум определяется шумом ИОН (стабилитрона), ОУ и его обвязкой (резисторы ОС).

И я о том же. Предпологается использовать TDA2050 по схеме ИОН без использования выходного транзистора вот и  все.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас


  • Похожие публикации

    • Автор: парень печальный
      Здравствуйте, предисловие: хотел построить лаб.бп. на транзисторе, попался брак люблю Китай да не суть. Попался по пути трансформатор переменный с бегунком графитовым (фотки завтро все на работе) на 120в/2А.Снят с какого то мед-оборудувания. Нашел трансформатор преобразователь220/110 в на 300w. Собственно вопрос: соединить все это мозгов мне хватит, только после переменника снимать напряжение только с моста и кондера не айс.И можно ли как то подать питание с 300-ватника через транзистор чтоб током подкормить а то 2А маловато и на сколько ампер ставить предохранитель сетевой. И еще, простите за глупый вопрос. Идеи по поводу защиты от кз приветствуются.Всем добра
    • Автор: Otto17
      Здравствуйте, есть вопрос по Входному фильтру подавления электромагнитных помех для ИИП, с ними как тоне разу не сталкивался и вот назрело пару вопросов для личного опыта и понимания данного процесса. Для чего это нужно понимаю, но как правильно рассчитать и сделать, как то не много инфы понятной смог найти.
      1) Можно ли намотать данный фильтр на кольцевом сердечники на основе распыленного железа?
      2)Можно ли мотать данный фильтр на небольшом Ферритовом стержне? (по оба конца стержня наматывая)?

      3) Можно ли намотать его же на "Ш-образном" сердечнике из обычного феррита для Блоков питания? И как правильнее будет мотать, если подойдёт такой тип сердечника, по краям не трогая середину или наоборот как обычно в середине сердечника. (и имеет ли значение зазор в данном типе сердечника, если использовать его как фильтр, если это можно конечно).
      4) Как правильно рассчитать количество витков и диаметр проволоки для намотки Входного фильтра. И как правильно мотать (в одном направлении обе обмотки, или в разные стороны).

      Был бы очень благодарен за внятные объяснения, спасибо.
    • Автор: Sanya757
      Здравствуйте. Подскажите пожалуйста, по каким формулам можно высчитать параллельный фильтр, который на нагрузке Rn должен выделять из переменной составляющей только постоянную составляющею напряжения?. Если амплитуда переменного сигнала на входе фильтра- 9В, а постоянное -3В.

    • Автор: dots19
      Очень давно хочу собрать аналоговый перестраиваемый фильтр переменных состояния (state variable) с режимами НЧ, ВЧ, ПФ, перестраиваемой частотой среза и регулировкой добротности (Q). Сам фильтр планируется применять в злектронно - музыкальных экспериментах, поэтому рабочий диапазон частот должен быть от 20-50Гц до 20кГц, управляться напряжением, короче, классический фильтр. На супер линейность перестройки, всякие мелкие погрешности мне плевать.
      Вот, нашел схему:
       
      Понравилось своей компактностью по сравнению с другими схемами с зарубежных ресурсов, да и вообще, советское как-то милее.
      Итак, вопросы: 
      Как быть с операционниками? Вообще возможно где-то раздобыть оригинальные или придется искать замены среди импортных? Если ставить аналоги, придется ли вносить какие-то изменения в схему?(понятно, что цоклевка может быть разной, я имею ввиду номиналы переферийной обвязки). Ладно, предположим, я знаю, какие аналоги нужны,

      но поиск их в том же чипе и дипе не дал результатов, микросхемы LM1709L вообще как будто не существует. Я вбивал в гугле, долго искал, но не нашел даже даташита на нее. Может кто-нибуть посоветует места, где я мог бы преобрести что-нибудь из этого? То же самое касается оптрона ОЭП-14. Может, есть какие-то аналоги...
      Вопрос следущий: есть ли в подобных схемах какие-то принципиальные тонкости, которые необходимо учесть при разводке печ.платы (макетировании)?
      И главный вопрос: Стоит ли вообще собирать такие схемы? Возможен такой вариант, что все это устарело уже настолько, что я просто не найду для нее деталей, а если найду, то придется подгонять пол схемы под современные элементы?(Чего я 100% не осилю)
      Даже не знаю, в какой ветке это стоило разместить. Надеюсь, будет увидено. Заранее спасибо.
    • Автор: Andriy Protsenko
      Добрый день.
      Сложилась ситуация, что необходимо подключить УНЧ и источник звука к одному источнику питания.
      Подробнее: есть миникомпьютер(Orange pi 2g) с сим-картой на борту, работает от 5В. Есть усилитель звука, стерео, дешевый, работает от 12-24В. Задача состоит в том что необходимо к автомобильному аккумулятору подключить усилитель, а через понижающий преобразователь запитать миникомпьютер и подать сигнал на усилитель.
      Все бы работало отлично, но миникомпьютер всегда подключен к интернету через GSM сеть, и в итоге дает ВЧ наводки на усилитель. Наводки такие же, когда поднести активный телефон(во время звонка или любой активности сим-карты) к дешевой акустической системе - будет слышно гул и щелчки.

      Тестировали в условиях домашних, подключали к блоку питания (220В->12В) усилитель, а миникомпьютер питали от USB компа - все хорошо, помех никаких, как только подключили послеlний через преобразователь(12В->5В), слышно вышеупомянутый шум.

      Феритовые кольца пробовали ставить на сетевой кабель - безрезультатно, сигнальный кабель - экранированный.
      Схема во вложении.

      Буду очень благодарный за любую подсказку.