Добрый день. Возникла необходимость в разработке фильтра для модуля питания с входным напряжением 27В, выходным 12В, и током порядка 11А. В сети нашёл такую вот схему фильтра по выходу, рассчитанную на модуль с частотой преобразования до 200кГц. В качестве L2 выбран дроссель Д13-18В с индуктивностью порядка 300 мкГн, работающий на частотах до 200кГц, электролиты -1000мкФ, керамика 0,1 мкФ. У себя в блоке питания планирую использовать более высокие частоты, в связи с чем вопрос как рассчитываются подобные фильтры на автотрансформаторах, и почему нельзя обойтись обычным LC фильтром? Буду рад любым ссылкам на статьи по данной теме.

Сообщение отредактировал Юрик756 - Apr 20 2016, 07:21

В общем случае - надо нарисовать АЧХ Вашего преобразователя. На этом графике должны быть 3 "золотые" точки:
1. Усиление в статике
2. пересечение 0 дб и в этой точке график должен иметь наклон - 20 дб/дек и как минимум полдекады в обе стороны от этой точки...
3. на частоте квантования - график должен опуститься на столько, насколько Вы хотите подавить пульсации импульсов. Например -60дб...

Потом попытайтесь представить себе, как пойдет график от 0 до -60, соответственно можно представить себе наклон в точке подавления пульсаций. Скажем -60дб, или -80дб... Вот отсюда берется порядок фильтра... А если представить как пойдет график от пересечения 0дб влево, то увидите, как можно сделать коррекцию контура... , да и при этом в этой ветви наклон не должен превышать -40дб/дек, иначе получите колебательность при переходном процессе...

Вопрос можно сформулировать иначе - а чем Вас не устраивает обычный LC-фильтр? Т.е. Вы уже знаете, что однозвенного фильтра будет недостаточно для подавления пульсаций до нужного уровня или просто хотите, чтобы было необыкновенно круто?

iosifk, Благодарю вас за вводную часть, теперь буду пытаться копать в том направлении
wim, Проблема в том что от данного модуля будет питаться аналоговый приёмник с очень хорошей чувствительностью, поэтому и хочется сделать необыкновенно круто.
Вроде бы фильтр на автотрансформаторе рассчитывается как то по другому чем Т образный фильтр с двумя индуктивностями, или я неправ, и в данном примере это сделано только из-за удобства исполнения двух индуктивностей в одном корпусе?

Тогда расчеты возможно Вам не сильно помогут. Вам ведь придется не только пульсации отсекать, но и гармоники основной частоты, и ослабить их придется значительно. Не, вполне возможно что все рассчитать реально.
И еще, если Вы не добавляете емкостей на выход DCDC от своего фильтра, а сразу идет индуктивность и потом емкости добавочные, то на самом деле на АЧХ DCDC это влиять не должно практически никак, ну во всяком случае на устойчивость и точку пересечения нуля на диаграмме Боде, а также на запас по фазе, потому что фильтр сработает как чисто индуктивная нагрузка, и индуктивность будет работать как изолятор между емкостями фильтра и выходом DCDC.
Чисто умозрительно можно предположить что если навесить миллигенри на выход DCDC и запас энергии в индуктивности будет сравним с выходной мощностью DCDC и тогда да, индуктивность теоретически может влиять на работу DCDC, но у Вас 300мкгн, и это не так много на самом деле.

Теперь что касается чувствительного приемника.

Я бы сделал вот так:
Поставил бы два звена обычных фильтров или на ferrite bead с высоким сопротивлением на 100MHz. Все зависит от потребления приемника конечно.
Но если мы говорим только о приемнике, а не об аналого-цифровой схеме где есть FPGA, DSP и собственно приемный тракт.

Так вот, если приемник потребляет несколько ампер и это мощная схема, то фильтрация входного питания должна быть не большая, только для того, чтобы отсечь помехи от последующих DCDC в основную шину питания.

Если же далее идет только приемный тракт, тогда да, два звена фильтров, затем LDO с высоким PSRR и после него опять фильтр, одно или два звена.
Это будет более чем достаточно чтобы обеспечить высокую чувствительность. Ну и конечно экранировка... параноидальная...
Плюс размещение, плюс контроль за планами питания и источниками шумов на плате.

Вот пример серийного DC-DC преобразователя для питания радиостанций без всяких "крутых" фильтров:
http://www.rmitaly.com/index.php/it/prodot...tem/994-rt-16sw
Вообще, борьба с помехами это наполовину "черная магия", в том смысле, что просто расчетами их не победить.

А кто сказал, что данный пример лучше? Если дроссель намотан, к примеру, в два провода с отводом от середины, конденсатор, подключенный к средней точке, эквивалентен конденсатору, подключенному к выходу с емкостью в четыре раза меньше и ЭПС в четыре раза больше. Т.е. "хороший" конденсатор становится "плохим" конденсатором.

Я ни разу не специалист по фильтрам, но промоделировал из любопытства АЧХ фильтра из первого поста.
К этому фильтру больше вопросов, чем ответов...- мало того, что сама АЧХ странная, но главное - затухание он даёт - никакое...
Для сравнения - вторая диаграмма - АЧХ обычного двойного Г-образного LC фильтра... Сравните затухание на частотах 1 Кгц и 100 Кгц... 13 dB - против 140 dB ... Поправьте, если что...



Сообщение отредактировал варп - Apr 22 2016, 13:51

Кстати, для фильтров DC-DC есть еще такое требование, чтобы в зоне после среза они не имели всплесков ни по амплитуде ни по фазе... А иначе это добавится к АЧХ и может привести к неустойчивости... Или к колебательности на переходных процессах...

варп Да уж, и правда странно. Единственное могу предположить что на АЧХ в "правильную" сторону могут повлиять дополнительные конденсаторы, которые стоят в нагрузке. А не могли бы вы привести схемку фильтра по второй картинке?

Спасибо всем, за обилие информации, есть о чем подумать на выходных.

Юрик756, так схема там есть - ниже под графиком на той же картинке...
-------
iosifk, да уж - с фазой там вообще мрак...
---
Ну вот опять - "хотим как лучше..., а получается - как всегда..."

У дросселя Д13 выводы 1 и 3 - начало обмоток, а у Вас на схеме, как я понял, начала обмоток соединены вместе.

novikovfb, если соединить иначе, то "горб" вывернется в плюс dB... Вот так... Тоже - "не фонтан"...


Сообщение отредактировал варп - Apr 22 2016, 15:33

как бы добавить внутреннего сопротивления конденсаторам

1. Не нужно искать в сети какие-то схемы, проще и вернее расчитать свою.
2. АЧХ компонентов должны превосходить частоту преобразователя (подавления) в несколько раз. Без понимания, что DC-DC преобразователь генерирует помехи в _широком_спектре_ частот, добиться положительного результата будет сложно. Верхняя граница спектра помехи определяется длительностью фронта частоты преобразователя x4. Дроссель до 300kHz для данной задачи не годится. Тем более, конденсатор на 1000uF, который имеет рабочий диапазон частот еше меньше. Следует обратить внимание на условия работы емкостей по напряжению и току. Наилучший инструмент оценки - симуляторы Murata.
3. Ферритовые бусины использовать предпочтительней на больших частотах.
4. Идеальный, возможно, вариант - комбинированный фильтр 4-го порядка - индуктивность_емкость_ферритовая бусина_емкость
5. Рабочие АЧХ элементов звена фильтра должны быть примерно одинаковы.
6. Обратную связь брать следует до фильтра - не будет проблем со звоном и прочим шаманством. Плохо подходит для сильноточных схем, но до нескольких ампер вполне терпимо.
7. И последнее, пожалуй, главное. Схема измерения пульсаций на выходе фильтра должна быть развязана от сетевых, синфазных и прочих помех. Как наиболее доступный вариант - дифференциальный активный пробник подойдет в самый раз.

Какой бы фильтр не был, а без металлического корпуса с хорошими электрическими связями всех деталей - не обойтись. Это чтобы было круто.