Источник бесперебойного питания мощностью 600 Вт (стр. 9 из 21)

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 G_ζ – затухання;

,

де: f_c – бажана частота зрізу характеристики фільтра, f_sw- робоча частота перетворювача напруги. У нашому випадку f_sw=100кГц, затухання G_ζ= -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, R_L =50Ом - імпеданс лінії,

;

Приймаємо С≈0,1мкФ 400В.

Приймаємо С_х=0,22мкФ

400В. Дані конденсатори розміщені між лініями електроживлення. Вони повинні витримувати напругу 250 В та будь – які скачки напруги

Величину С_у – конденсаторів, які розміщені між кожною фазою та „землею” і повинні витримувати високі напруги ≈2500 В вибирають на декілька порядків меншою С_у ніж С_х. Це пов’язано з тим, що найбільша ємність конденсатора, доступна при номінальній напрузі 4 кВ, складає 0,01 мкФ. Приймаємо С_у=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=С_х=0,22 мкФ

400 В

С54=С56=С_у=3,3 нФ

3 кВ.

Рис.1.5.14. Вихідний фільтр ЕМ завад.

L6=L=450 мкГн

С54=С56=С_у=3,3 нФ

3 кВ.

С57=С59=С_х=0,22 мкФ

400 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

Параметри	Значення
Тип	RC01	RC11	RC21	RC31	RC41
Типорозмір корпусу	1206	0805	0603	0402	0201
Діапазон номіналів опорів	1 Ом …1 МОм				10Ом…1 МОм
Допуск	±5%
Максимальна потужність	0.25 Вт	0.125Вт	0.1 Вт	0.063Вт	0.005 Вт
Максимальна робоча напруга	200 В	150 В	50 В		15В
Діапазон робочих температур	-55 … +155єС

Товстоплівкові резистори з допуском ±1%.

Технічні параметри. Таблиця 1.6.2

Параметри	Значення
Тип	RC02H	RC02G	RC12H	RC12G	RC22H
Типорозмір корпусу	1206	1206	0805	0805	0603
Діапазон номіналів опорів	1 Ом …1 Мом				10Ом…1 МОм
Допуск	±1%
Максимальна потужність	0.25 Вт	0.25Вт	0.125Bт	0.125Вт	0.1 Вт
Максимальна робоча напруга	200 В		150 В		50В
Діапазон робочих температур	-55 … +155єС

Типорозміри SMD резисторів. Таблиця 1.6.3

Типорозмір корпусу	L (мм)	W (мм)	T (мм)	Масса (г)
0201	0.6	0.3	0.3	0.02
0402	1.0	0.5	0.35	0.06
0603	1.6	0.8	0.45	0.2
0805	2.0	1.25	0.55	0.55
1206	3.2	1.6	0.55	1.0

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).