Малошумящий источник питания Опции

[SergCh]

Требуется создать сетевой источник питания, удовлетворяющий 1-й кривой по ГОСТ 30429-96.
Мощность 2-6кВт.
Какую топологию выбрать?

[wim]

Компьютерный БП работает с ТВ-тюнерами и радиомодемами - чем не радиоприёмные устройства? Запараллельте несколько шт. по выходу и получите нужную мощность.
P.S. А как Вы будете это измерять? Такие уровни можно увидеть только в экранированной безэховой камере.

[SergCh]

Компьютерный БП работает с ТВ-тюнерами и радиомодемами - чем не радиоприёмные устройства? Запараллельте несколько шт. по выходу и получите нужную мощность.
P.S. А как Вы будете это измерять? Такие уровни можно увидеть только в экранированной безэховой камере.

Про компьютерные бп это не серьёзно ))
Мерять буду на стенде, для оценки шумов можно и без камеры обойтись.

[wim]

Про компьютерные бп это не серьёзно ))
Мерять буду на стенде, для оценки шумов можно и без камеры обойтись.

Вот так выглядит естественный фон при измерении излучаемых радиопомех на открытой испытательной площадке. Узкие "пички" - это сигналы ТВ-передатчиков метрового диапазона. Как Вы на этом фоне собираетесь 20 дБмкВ вылавливать? Это если по ГОСТу измерять. Ну так Вы ж этого и хотите - чтоб оно ГОСТу соответствовало?
А про компьютерный БП - это Вы зря. Там схемотехника хорошо отработана и он действительно мало излучает помех. На уровне естественного фона.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[SergCh]

Вот так выглядит естественный фон при измерении излучаемых радиопомех на открытой испытательной площадке. Узкие "пички" - это сигналы ТВ-передатчиков метрового диапазона. Как Вы на этом фоне собираетесь 20 дБмкВ вылавливать? Это если по ГОСТу измерять. Ну так Вы ж этого и хотите - чтоб оно ГОСТу соответствовало?
А про компьютерный БП - это Вы зря. Там схемотехника хорошо отработана и он действительно мало излучает помех. На уровне естественного фона.

Меня диапазон выше 100МГц не интересует.
Естественный фон при измерениях учитывается.
Измерения шумов с моей стороны носят скорее качественный характер. При необходимости их можно уточнить в лаборатории.
А нельзя ли поподробнее про компьютерные БП, за счёт чего там такой низкий уровень шума? И нет ли у вас случайно измерений кондуктивной составляющей помехи по сетевой стороне такого БП ?

[wim]

Меня диапазон выше 100МГц не интересует.

А, ну так Вам не весь ГОСТ нужен, а только кондуктивные помехи? Довольно странно, ну да ладно, заказчику виднее ...

А нельзя ли поподробнее про компьютерные БП, за счёт чего там такой низкий уровень шума? И нет ли у вас случайно измерений кондуктивной составляющей помехи по сетевой стороне такого БП ?

ПМСМ, три фактора:
1) Биполярные транзисторы (более медленные, чем полевые).
2) Экранированный корпус.
3) Двухтактная схема - при правильной разводке п/платы можно минимизировать изменение за период магнитного потока в контурах коммутации.
Данные не записывал. т.к. смотрел чисто из интереса. В принципе, несложно ещё раз посмотреть и записать ... в следующем году.

[halfdoom]

1) Биполярные транзисторы (более медленные, чем полевые).

Это раньше было. Нынче 900-вольтовые полевики.

3) Двухтактная схема

Аналогично - сейчас массово идут прямоходы с размагничивающей обмоткой.

[wim]

Нынче 900-вольтовые полевики ... сейчас массово идут прямоходы с размагничивающей обмоткой.

Не имею возражений. Однако вот тут потерпевший как раз на такие и жалуется:
http://forum.easyelectronics.ru/viewtopic....86&start=25
Помехуют они жестко, так что телевизор нельзя смотреть. Раньше комповые БП делали так, чтобы рядом с ними можно было без помех смотреть телевизор и слушать радиоприёмник. А теперь их сертифицируют по СИСПР 22 класс Б и на претензии потребителей тычут сертификаты - типа у нас всё в порядке.

[halfdoom]

Помехуют они жестко, так что телевизор нельзя смотреть.

На демпферах экономят. Если мощный блок нагрузить на 10-15% от номинала, то тоже наблюдаются фокусы - мы на объекте час убили на поиск компа с таким блоком.

[wim]

На демпферах экономят.

Таки да. Но не только это.
Вот, например, как выглядит импульсный преобразователь напряжения для питания радиостанций:
http://www.rmitaly.com/download/manuals/RT...ual_rel_100.pdf
На первичной стороне токи в контурах коммутации печатной платы направлены в одну сторону - против часовой стрелки, а на вторичной - тоже в одну сторону, но по часовой. Это минимизирует суммарное изменение магнитного потока за период коммутации.
В однотактной схеме такой же результат получить проблематично, т.к. на первичной стороне остаётся нескомпенсированный интервал открытого состояния ключа.

[A.W.P.]

Необходимое (но не достаточное) условие создания "малошумящих" импульсных ИП: сразу смириться и настроиться, что удельные массогабаритные и стоимостные характеристики будут далеки от рекордных. Т.е. работать надо на возможно низкой частоте и (это главное) с низкими скоростями изменений изменений токов и потенциалов. Топология (схемотехника) тоже важна, равно как и конструирование ("разводка"), выбор компонентов и т.д. В общем бюджет на разработку желательно тоже иметь не впритык.

Пара случайно вспомнившихся примеров "для иллюстрации":
1) где-то году в 1991 "Хьюлетт" рекламировал новую серию лабораторных ИП мощностью как раз несколько киловатт (впервые применили импульсные взамен линейных): они прямо указывали, что жестко ограничивали скорости коммутаций и частоту взяли низкую (около 20 кГц); и, конечно, LC- фильтры многозвенные (5...8 порядков) и для синфазной, и для дифференциальной помехи (по входу и выходу); утверждали, что по сравнению с "обычными" импульсными ИП помехи уменьшены на полтора ...два порядка и сопоставимы с линейными ИП (КПД был, помнится, относительно не высоким, а цена впечатляла);
2) из собственной практики: бортовой ПН по,казалось бы, самой плохой (с точки зрения генерации помех) топологии-ОХК (т.е. флайбек) мощностью 2 канала по 50 ватт питал в т.ч. УКВ-радиостанцию (диапазон около 160 МГц); помехи собственно ПН не измерялись, но были проведены сравнительные опыты измерения чувствительности приемника радиостанции (около 0,2 мкВ в полосе несколько килогерц-точных цифр просто уже не помню) при питании от ПН и от АБ (ПН исключался из комплекта аппаратуры) и разница оказалась в пределах погрешности измерений. А ведь СТК ПН коммутировал токи до 30 ампер! Я не призываю использовать в Вашем случае однотактную топологию, тем более флайбек, но не топологией единой.

[wim]

бортовой ПН по,казалось бы, самой плохой (с точки зрения генерации помех) топологии-ОХК (т.е. флайбек) мощностью 2 канала по 50 ватт питал в т.ч. УКВ-радиостанцию

Флайбек - не самая плохая топология с точки зрения помех. Потому что на первичной стороне ток течёт в одном интервале коммутации, а на вторичной стороне - в другом. При правильной разводке печатной платы их также можно скомпенсировать. Если посмотреть референс-дизайны Power Integrations, там на всех п/платах токи на первичной и вторичной стороне направлены в одну сторону. Как раз для минимизации помех.
А в однотактном прямоходовом преобразователе токи на вторичной стороне текут в обоих интервалах коммутации, а на первичной - только в одном интервале. В этом-то и проблема.

[Herz]

Флайбек - не самая плохая топология с точки зрения помех. Потому что на первичной стороне ток течёт в одном интервале коммутации, а на вторичной стороне - в другом. При правильной разводке печатной платы их также можно скомпенсировать.

Мне тут что-то не понятно. Как можно скомпенсировать поля от контуров, токи в которых текут почерёдно? Интегратор ЭМИ какой-то применяется?

[AlexeyW]

Как можно скомпенсировать поля от контуров, токи в которых текут почерёдно?

По опыту - прежде всего продумыванием топологии этих контуров, обнулением площадей, дипольных моментов и т.п. Например, равномерная тороидальная обмотка имеет поле, как один виток по оси тора. Подведя к ней провода обратно по окружности, обнулим дипольный момент. Проведя провода с двух сторон симметрично - момент более высокого порядка. Ну и т.п. По плате быстро коммутируемые токи можно пускать по широким плоскостям одинаковой формы в разных слоях. Много можно придумать разных ухищрений.

[wim]

Как можно скомпенсировать поля от контуров, токи в которых текут почерёдно?

В первом контуре магнитный поток меняется от 0 до Ф1. Во втором, если ток в контуре направлен в ту же сторону, - от 0 до Ф2, если в противоположную - от 0 до -Ф2. Поскольку контура расположены близко друг к другу, в дальней зоне это выглядит как один контур с изменением магнитного потока в первом случае от Ф1 до Ф2, т.е. на величину Ф2-Ф1, а во втором - от Ф1 до -Ф2, т.е. на величину Ф1+Ф2. Поэтому в первом случае напряжённость электромагнитной волны, измеряемая в дальней зоне будет меньше, а во втором - больше.

[Парус]

Резонансные источники, при аналогичном изготовлении, имеют на 15-25 дБ/мкВ меньший уровень излучений и повышенную надёжность, но на 15-20 процентов хуже малогабаритно и требуют глубокого понимания процессов при расчёте.

[wim]

Резонансные источники, при аналогичном изготовлении, имеют на 15-25 дБ/мкВ меньший уровень излучений

О таком преимуществе производители резонансных контроллеров должны были бы трубить на каждом углу. Казалось бы, чего проще - взяли "обычный" преобразователь с жёстким переключением и резонансный той же мощности. Измерили уровни ЭМП и выложили результаты. Как, к примеру, Power Integrations выкладывает результаты измерений кондуктивных помех для контроллеров с джиттером и без джиттера.
По резонансным я ничего подобного в доступных источниках информации не встречал. Мелешину на семинаре тоже задавали вопрос насчёт помех от несимметричного полумостового преобразователя - и тоже без ответа. Если у Вас есть объективные данные, подтверждающие низкий уровень помех от резонансных преобразователей, было бы интересно их посмотреть.

и повышенную надёжность

Во всех резонансных топологиях в работе участвуют боди-диоды полевых транзисторов. Поэтому чтобы избежать бабаха из-за сквозных токов, нужны полевые транзисторы с низкими значениями Qrr, trr боди-диодов. Но даже это не гарантирует от бабаха, а всего лишь сводит его вероятность к коммерчески приемлемому минимуму. ПМСМ самая надёжная топология - косой полумост, именно потому, что боди-диоды там не работают.

[нищеброд]

О таком преимуществе производители резонансных контроллеров должны были бы трубить на каждом углу.

При проверке на балласте фазников(5КВт), радиоприёмник работает нормально(в СВ диапазоне).
При такой же проверке косых мостов и разделённо- разнесённика помеха забивает приёмник.

[SKov]

О таком преимуществе производители резонансных контроллеров должны были бы трубить на каждом углу.

Практически любая статья по резонансникам начинается с перечисления их достоинств.
В частности - низкий уровень помех.
Моя практика это подтверждает. Графики не строил.
Но обычный УКВ приемник, стоящий в 3-х метрах от стола,
полностью забивался помехами при включении и отладке на столе флайбека,
и вел себя совершенно нормально при отладке резонансника.
В обоих случаях не было никакой фильтрации по входу-выходу, кроме обычных конденсаторов.
Частота была примерно одинакова, мощность резонансника в три раза выше (150ватт).
Такое вот наблюдение
На самом деле, в окончательном изделии все еще зависит от входных-выходных фильтров,
экранирования, разводки и еще много чего, но мое впечатление от резонансников - уровень
помех удивительно низкий.
Про боди-диоды и сквозные токи - не берите в голову. Там нет особых проблем.

[AlexeyW]

но мое впечатление от резонансников - уровень
помех удивительно низкий.

В любом случае, намного проще не создать помеху, чем ее потом подавить (попробуй задави 100МГц).

Также частично-резонансные решения вполне уместны в виде соответствующих демпферов в различных других схемах.

[Herz]

В любом случае, намного проще не создать помеху, чем ее потом подавить (попробуй задави 100МГц).

100МГц - это гораздо проще, чем 100Гц...

[wim]

При проверке на балласте фазников(5КВт), радиоприёмник работает нормально(в СВ диапазоне).
При такой же проверке косых мостов и разделённо- разнесённика помеха забивает приёмник.

Мы исследовали китайские UPS на 1, 3 и 7 кВт. По излучаемым помехам, т.е. в метровом диапазоне ТВ, все прошли с большим запасом. По кондуктивным - только 1 кВт прошёл, и то "впритык". Собс-но, это был ожидаемый результат, потому что в диапазонах ДВ и СВ помехи распространяются преимущественно кондуктивным путём и лечатся синфазными фильтрами.
Проблема в том, что на большие токи и фильтры нужны солидные. Китайцы либо не смогли найти готовые фильтры, либо просто сэкономили.
ПМСМ проблема с помехами гораздо серьёзнее в диапазоне десятков-сотен МГц, т.е. там, где одними только фильтрами уже не отделаешься.
Для примера можно в ветке про ЭМС посмотреть, как товарищ борется с помехой в районе 30 МГц.

обычный УКВ приемник, стоящий в 3-х метрах от стола,
полностью забивался помехами при включении и отладке на столе флайбека,
и вел себя совершенно нормально при отладке резонансника.
В обоих случаях не было никакой фильтрации по входу-выходу, кроме обычных конденсаторов.
Частота была примерно одинакова, мощность резонансника в три раза выше (150ватт).

Я предпочитаю оценивать помехи по изображению на экране ТВ. Потому что, во-первых, канал изображения более чувствителен к помехам, чем канал звука (как и вообще любой радиоприёмник с ЧМ) и, во-вторых, первый поддиапазон излучаемых помех (30 -230 Мгц) почти совпадает с метровым диапазоном ТВ. Китайские UPS тоже проверили насчёт помех ТВ и оные помехи оказались на удивление очень низкими. Несмотря на жёсткопереключательность UPS.
И опять-таки, возвращаясь к компьютерным БП – они ведь не создают помех ни радио, ни ТВ, не так ли?
P.S. Флайбек мощностью 50 Вт, создающий такую мощную помеху – это нонсенс. Без обид.

Про боди-диоды и сквозные токи - не берите в голову. Там нет особых проблем.

Производители MOSFET, похоже, не в курсе, что проблем нет и продолжают изобретать MOSFET с низкими Qrr, trr боди-диодов:
http://www.digikey.com/Web%20Export/Suppli...emi_APT9804.pdf
http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-9067.pdf
http://www.eettaiwan.com/STATIC/PDF/200904...OURCES=DOWNLOAD
http://www.powerguru.org/unifett

[wim]

100МГц - это гораздо проще, чем 100Гц...

Если мы говорим о снижении помехоэмиссии импульсного источника питания, то 100 МГц это очень не просто. Фильтры на Mn-Zn ферритах на таких частотах работают плохо. Некоторый эффект дают кольца из Ni-Zn ферритов.

[MK2]

Производители MOSFET, похоже, не в курсе, что проблем нет и продолжают изобретать MOSFET с низкими Qrr, trr боди-диодов

ну так зачастую ничего не мешает поставить отдельный диод шотки ли какой-нить ультрафаст

[SKov]

Я предпочитаю оценивать помехи по изображению на экране ТВ.

У меня кабельное - так что никаких помех не видел.
Да и вообще - помехи специально не измерял.
Просто недалеко стоял приемник..., и далее по тексту.

И опять-таки, возвращаясь к компьютерным БП – они ведь не создают помех ни радио, ни ТВ, не так ли?

И про это я писал. Многое зависит от обвзяки, фильтров по входу и выходу, экранировки и т.д.
Все это есть в компьютерных блоках.
Вообще, не вижу смысла спорить о том, что резонансники дают очень низкий уровень помех.
Это общее место.

Производители MOSFET, похоже, не в курсе, что проблем нет и продолжают изобретать MOSFET с низкими Qrr, trr боди-диодов:

Думаю, разгадка в том, что производители MOSFET знают и о других применениях полевиков,
кроме резонансных преобразователей. Где-то это может быть действительно критично.

Всех с Новым Годом!

[wim]

не вижу смысла спорить о том, что резонансники дают очень низкий уровень помех.
Это общее место.

Абсолютно согласен – это действительно общее место. Как Волга, которая не впадает в Каспийское море.
Однако, по поводу низкой помехоэмиссии резонасников - ключи там должны переключаться быстро, за время порядка десятков нс. В итоге имеем цепи с большим dV/dt, генерирующими помеху так же, как и в жёсткопереключательных преобразователях. Вы этого не видите, потому что помехи не измеряете, а я их смотрю почти каждый день (кроме праздников и выходных ).

Всех с Новым Годом!

Симметрично.

[нищеброд]

Абсолютно согласен – это действительно общее место. Как Волга, которая не впадает в Каспийское море.
Однако, по поводу низкой помехоэмиссии резонасников - ключи там должны переключаться быстро, за время порядка десятков нс. В итоге имеем цепи с большим dV/dt, генерирующими помеху так же, как и в жёсткопереключательных преобразователях

Тогда остаются фазники и подобные им схемы с ограниченным dV/dt.

[_gari]

Тогда остаются фазники и подобные им схемы с ограниченным dV/dt.

Видимо так, если однозвенный ИП, если может быть несколько звеньев. то резонанснник вначале предпочтителнее, ИМХО.

[AlexeyW]

Всех с Праздником!

100МГц - это гораздо проще, чем 100Гц...

100Гц не сложно, а скорее, объемно. А что 100МГц проще - что-то не уверен. Если Вы изначально не разработали топологию именно для их подавления. потом ряж ли чего возможно сделать. Буде они возникли, просачиваются уже через все.

Однако, по поводу низкой помехоэмиссии резонасников - ключи там должны переключаться быстро, за время порядка десятков нс. В итоге имеем цепи с большим dV/dt.

Может, ошибаюсь, но разве не в резонансниках основная черта - переключение при нулевом токе и/или напряжении?

[_gari]

да, только вот за счет чего обеспечитьь регулирование при этом?

[AlexeyW]

Да, это верно..

[halfdoom]

Фильтры на Mn-Zn ферритах на таких частотах работают плохо.

Если габариты позволяют, то можно и без ферритов.

[wim]

нет ли у вас случайно измерений кондуктивной составляющей помехи по сетевой стороне такого БП ?

Собс-но - вот. Это компьютерный БП с евонным системным блоком. Полная мощность, потребляемая от сети 240 ВА, активная, думаю, ватт 150. Предельные линии соответствуют СИСПР 22, класс Б. Оранжевая - детектор среднего значения, голубая - квазипикового. Здесь показан диапазон 150 кГц - 1 Мгц. Остальную часть диапазона до 30 МГц просмотрел по-быстрому детектором пикового значения с полосой 9 кГц - там примерно всё то же самое, дБ на 20 ниже предельного уровня.

разве не в резонансниках основная черта - переключение при нулевом токе и/или напряжении?

Именно так. Но при этом напряжение на ключиках имеет прямоугольную форму с крутыми фронтами. Эти фронты влияют на спектр помехи - до 1/pi*tr спектральные составляющие снижаются на 20 дБ/дек, а после - на 40 дБ/дек. Поэтому для снижения помех выгодно фронты слегка завалить, чтобы точку, где помеха более резко идёт вниз, сдвинуть в область более низких частот. Вот только в резонансниках фронты заваливать никак нельзя, а иногда и просто невозможно.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[AlexeyW]

Но при этом напряжение на ключиках имеет прямоугольную форму с крутыми фронтами. ... Поэтому для снижения помех выгодно фронты слегка завалить, чтобы точку, где помеха более резко идёт вниз, сдвинуть в область более низких частот. Вот только в резонансниках фронты заваливать никак нельзя, а иногда и просто невозможно.

Да, конечно, всегда для помех выгоднее фронты завалить. Правда, с помехами от фронтов напряжений бороться попроще, чем от токов (электростатическое экранирование проще магнитного, где-то и сплошной земли на плате уже достаточно). Но я очень мало знаю про резонансники, поэтому мне непонятно, почему переключение при нулевом напряжении все же требует фронтов напряжения.

В качестве иллюстрации резонансного процесса я бы привел схему флая с демпфером, как вот тут
Временную раскладку процессов я рисовал тут - транзистор открывается при нулевых и токе, и напряжении, поэтому фронтов на нем при открытии вообще нет.

[wim]

В качестве иллюстрации резонансного процесса я бы привел схему флая с демпфером, как вот тут
Временную раскладку процессов я рисовал тут - транзистор открывается при нулевых и токе, и напряжении, поэтому фронтов на нем при открытии вообще нет.

Не имею возражений. Однако, если мы говорим, к примеру о полумостовом LLC, там верхний и нижний ключи переключаются с небольшой задержкой Td. А напряжение сток-исток должно меняться от нуля до максимума и обратно за время меньше Td - это и есть фронт dV/dt.
На самом деле всё проверяется экспериментально. Вот один из немногих документов, где приведены реальные характеристики LLC:
http://www.ti.com/lit/ug/slou293c/slou293c.pdf
Для сравнения - кондуктивные помехи прямоходового преобразователя на TOPSwitch. Я не вижу, чем эти два спектра принципиально отличаются.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[AlexeyW]

Не имею возражений. Однако, если мы говорим, к примеру о полумостовом LLC, там верхний и нижний ключи переключаются с небольшой задержкой Td. А напряжение сток-исток должно меняться от нуля до максимума и обратно за время меньше Td - это и есть фронт dV/dt.

Да, конечно - в полумостовом так. Но там, как понимаю, и невозможно говорить о "переключении при нудевом напряжении".

На самом деле всё проверяется экспериментально. Вот один из немногих документов, где приведены реальные характеристики LLC:
Для сравнения - кондуктивные помехи прямоходового преобразователя на TOPSwitch. Я не вижу, чем эти два спектра принципиально отличаются.

Спасибо! Интересные документы.

[wim]

Да, конечно - в полумостовом так. Но там, как понимаю, и невозможно говорить о "переключении при нудевом напряжении".

В LLC как раз и реализовано переключение при нулевом напряжении (ZVS):
http://www.ti.com/lit/ml/slup263/slup263.pdf
https://www.fairchildsemi.com/applications/...tor/pdp-tv.html
http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_R.../CD00174208.pdf

[AlexeyW]

В LLC как раз и реализовано переключение при нулевом напряжении (ZVS):

Большое спасибо! Очень полезно для начального въезжания.
Если я правильно понял на первый взгляд - отпирания ключей происходят при обратном токе через собственный диод и нулевом напряжении, но запирания - со всеми прелестями (ну и помехи от быстрого запирания - соответственно). Т.е. ситуация ровно такая, как в приведенном мной примере флая. Если я не прав, то Вы на меня не тратьте больше время, я пока более внимательно почитаю.

[MK2]

Большое спасибо! Очень полезно для начального въезжания.
Если я правильно понял на первый взгляд - отпирания ключей происходят при обратном токе через собственный диод и нулевом напряжении, но запирания - со всеми прелестями (ну и помехи от быстрого запирания - соответственно). Т.е. ситуация ровно такая, как в приведенном мной примере флая. Если я не прав, то Вы на меня не тратьте больше время, я пока более внимательно почитаю.

Все правильно, запирание "жестокое" ( по отношению к ключу), по сравнению с флаем надо сказать оно немного "мягче" нет отраженного напряжения и всяких иголок индуктивности рассеяния ну и ток при этом не пиковое значение имеет.
К слову сказать в фазном мосте примерно те же самые процессы, но как-то так хитро пишется что переключение идет по ZVS хотя один ключ только мягко открывается а другой тяжко закрывается.
В этом плане более честные являются резонансные Single-Enhed конверторы, там включение(ZCS) , а выключение ZVS. Странно что они не получили такого распространения... видно там свои проблемы есть (( ... а может просто мировым производителям надо деньги отбить на уже выпускающихся микросхемах и проплаченых разработках, вот и давит маркетингом

[wim]

отпирания ключей происходят при обратном токе через собственный диод и нулевом напряжении, но запирания - со всеми прелестями (ну и помехи от быстрого запирания - соответственно)

Именно так. А в плане помех даже хуже, потому что LLC, вообще говоря, нужен ККМ в качестве предстабилизатора. Т.е. получаем уже два импульсных преобразователя вместо одного. Ну и общий кпд будет есс-но поменьше.
На тему борьбы с помехами от ККМ выложу ещё раз ссылку:
http://www.dei.unipd.it/~pel/Articoli/1998...c/Intelec98.pdf

[thickman]

потому что LLC, вообще говоря, нужен ККМ в качестве предстабилизатора.

В стандартный диапазон сетевого напряжения LLC-преобразователь укладывается неплохо, с точки зрения эффективности. Из за вялой динамики ККМ, стабилизатору LLC приходится отдуваться по полной программе. Wim, какая может быть необходимость в тормозной ККМ предстабилизации?

[wim]

В стандартный диапазон сетевого напряжения LLC-преобразователь укладывается неплохо

По формулам - да, но реальные устройства, даже на уровне референс-дизайнов почти все с ККМ.
Есть, правда, вот такой вариант:
http://www.irf.com/technical-info/refdesig...c27951-220w.pdf
ККМ на входе нет. Дальше смотрим диапазон входных напряжений - 280VAC or 400V DC. Ну, 400VDC - это понятно, что такое. А 280VAC - это что? Это его от чего питать-то - от феррорезонасного стабилизатора?
Так что по-прежнему хочу увидеть результаты истытаний серийного LLC без ККМ.

какая может быть необходимость в тормозной ККМ предстабилизации?

ПМСМ, диапазон входных напряжений ограничивают для того, чтобы расширить диапазон регулировки по току нагрузки. А тормознутость ККМ не имеет значения, поелику выход ККМ это источник постоянного напряжения, последовательно с которым включен источник переменного напряженния. Переменное напряжение следующий за ККМ преобразователь должен задавить до приемлемого уровня НЧ пульсаций. Тут всё вполне традиционно.

[нищеброд]

К слову сказать в фазном мосте примерно те же самые процессы, но как-то так хитро пишется что переключение идет по ZVS хотя один ключ только мягко открывается а другой тяжко закрываетс

Позволю себе не согласиться с "тяжким запиранмем" в фазном мосте.
Наличие снабберных конденсаторов весьма облегчает жизнь ключикам. Конечно, закрытие жёстче чем открытие, но всравнении с жёстким мостиком раз в десять легче.

[AlexeyW]

В этом плане более честные являются резонансные Single-Enhed конверторы, там включение(ZCS) , а выключение ZVS. Странно что они не получили такого распространения... видно там свои проблемы есть (( ... а может просто мировым производителям надо деньги отбить на уже выпускающихся микросхемах и проплаченых разработках, вот и давит маркетингом

Тоже не исключено, чтобы ответить, глубоко туда рыть надо

Наличие снабберных конденсаторов весьма облегчает жизнь ключикам. Конечно, закрытие жёстче чем открытие, но всравнении с жёстким мостиком раз в десять легче.

При наличии демпферов, конечно, это в любой схеме так - просто при быстром спаде тока четко ограничена скорость нарастания напряжения. Другой вопрос, бесплатно ли это, не рассеивается ли где-нибудь та мощность, что идет через дополнительные емкости. С виду вроде нет при ZVS, но я не так хорошо понимаю процессы тут. Во флае для того, чтобы эта мощность не терялась, нужны изощрения, просто емкость не прокатит.

[wim]

вопрос, бесплатно ли это

Как говорит мой коллега, палки с одним концом не бывает. Энергия, накопленная в паразитных L и C, есс-но не исчезает - она либо рассеивается в виде тепла при жестком переключении, либо сбрасывается во входной источники или нагрузку при мягком. Но ведь токи-то при этом продолжают циркулировать по печатной плате! Т.е. если мы говорим о помехах, надо смотреть, по каким контурам они циркулируют, потому что от площади контура зависит магнитный поток, а от него - напряжённость поля, создаваемого помехой. Это ведь только для кпд токи перезаряда паразитных емкостей полезны, а касаемо помех абсолютно все переменные токи, протекающие в схеме, вредны.
Очевидно, что в случае RC и RCD снабберов площади контуров, по которым протекают "паразитные" токи можно сделать меньше по сравнению с мягкопереключательными схемами, где они гуляют от трансформтора до входного или выходного конденсаторов и обратно. Этим имхо объясняется то, что жесткопереключательный TOPSwitch демонстрирует примерно такой же уровень помех, как и мягкопереключательный LLC.

[Integrator1983]

Очевидно, что в случае RC и RCD снабберов площади контуров, по которым протекают "паразитные" токи можно сделать меньше по сравнению с мягкопереключательными схемами, где они гуляют от трансформтора до входного или выходного конденсаторов и обратно.

При включении ключа в режиме HardSwitch имеется импульс тока малой длительности и большой амплитуды с весьма широким спектром - которого нет в режиме SoftSwitch. А насчет контуров токов - при одинаковой топологии силовой (например, LLC и полумост с жестким переключением) они одинаковы. Единственное, в схеме с мягким переключением могут циркулировать бОльшие токи (реактивные - обеспечивающие перезаряд L и С).

[wim]

При включении ключа в режиме HardSwitch имеется импульс тока малой длительности и большой амплитуды с весьма широким спектром - которого нет в режиме SoftSwitch.

Так учит нас теория. Теперь посмотрим ещё раз спектры кондуктивных помех при низком и высоком напряжении в сети. Слева - LLC, справа - однотактный прямоходовый преобразователь (EPR-31 с сайта PI). У прямохода уровень помех практически одинаковый и при низком, и при высоком напряжении питания. У LLC при 230В квазипиковое значение подскочило на 10 дБ на участке между 20 и 30 МГц. Меня терзают смутные сомнения, что это как раз тот самый импульс, которого не должно быть при SoftSwitch.

насчет контуров токов - при одинаковой топологии силовой (например, LLC и полумост с жестким переключением) они одинаковы.

Если мы говорим о помехах, являющихся следствием коммутационных процессов, то разница есть. В преобразователе с мягким переключением перезаряд конденсатора резонансной цепи происходит через блокировочный конденсатор по питанию и один из ключей. Образовавшийся при этом контур тока будет иметь бОльшую площадь, чем у снабберов в схемах с жестким переключением. ИМХО

Эскизы прикрепленных изображений

 

[нищеброд]

Образовавшийся при этом контур тока будет иметь бОльшую площадь, чем у снабберов в схемах с жестким переключением. ИМХО

Давайте определимся с терминологией. (мягкое и жёсткое переключение) Если в схеме есть снаббер, то почему она с жёстким переключением?

[AlexeyW]

Давайте определимся с терминологией. (мягкое и жёсткое переключение) Если в схеме есть снаббер, то почему она с жёстким переключением?

Снаббер отправляет наиболее ВЧ составляющие по короткому пути. Если говорить про снаббер, то мягкость/жесткость - вопрос количественный, величина емкости снаббера. А чисто мягкий режим - когда переключение при нулевых токе и напряжении - т.е. переключения как бы и нет.

Как говорит мой коллега, палки с одним концом не бывает. Энергия, накопленная в паразитных L и C, есс-но не исчезает - она либо рассеивается в виде тепла при жестком переключении, либо сбрасывается во входной источники или нагрузку при мягком. Но ведь токи-то при этом продолжают циркулировать по печатной плате! Т.е. если мы говорим о помехах, надо смотреть, по каким контурам они циркулируют, потому что от площади контура зависит магнитный поток, а от него - напряжённость поля, создаваемого помехой. Это ведь только для кпд токи перезаряда паразитных емкостей полезны, а касаемо помех абсолютно все переменные токи, протекающие в схеме, вредны.

Да, конечно. Я бы, наверное, только упомянул два нюанса: один - это то, что большие контура можно постараться очень грамотно развести, почти обнулив их площадь (совокупность некоторого числа приемов, типа возвратные токи по разным сторонам платы, подвод к трансам симметричный с компенсацией витка - в общем, все, что можно выдумать из физических соображений).
Контура снабберов могут быть исходно предельно малы (я обычно старался ставить емкость прямо под транзистор, если СМД монтаж и т.п.) - но плохо то, что ВЧ еще и пролезает разными емкостными путями, а не только излучается магнитно из порождающего контура.

[wim]

плохо то, что ВЧ еще и пролезает разными емкостными путями ...

.... через паразитную ёмкость на подстилающую поверхность и создаёт синфазную помеху. В флайбеке помогает второй Y-конденсатор. Для него нужно экспериментально найти точки подключения между сетевой частью и выходом для наилучшего эффекта. Ёмкость каждого Y-конденсатора можно при этом уменьшить вдвое для сохранения того же значения тока утечки.

[SergCh]

Собс-но - вот. Это компьютерный БП с евонным системным блоком. Полная мощность, потребляемая от сети 240 ВА, активная, думаю, ватт 150. Предельные линии соответствуют СИСПР 22, класс Б. Оранжевая - детектор среднего значения, голубая - квазипикового. Здесь показан диапазон 150 кГц - 1 Мгц. Остальную часть диапазона до 30 МГц просмотрел по-быстрому детектором пикового значения с полосой 9 кГц - там примерно всё то же самое, дБ на 20 ниже предельного уровня.

Спасибо! Помехи судя по графикам действительно очень низкие, просто удивительно.
Попробую промерить свой бп от компьютера.

Сообщение отредактировал SergCh - Jan 18 2013, 05:34

[Integrator1983]

Так учит нас теория. Теперь посмотрим ещё раз спектры кондуктивных помех при низком и высоком напряжении в сети. Слева - LLC, справа - однотактный прямоходовый преобразователь (EPR-31 с сайта PI).

Если я правильно понимаю, то слева - не собственно LLC, а 600-W, Isolated PFC Power Supply for AVR Amplifiers. То есть, достаточно высокий уровень шума может обеспечивать не LLC, a PFC. Кроме того, непонятно, как и на сколько частота накачки отнесена от частоты контура - в каком режиме работают ключи. Также, COOLMOS'ы не очень подходят (IMHO, вообще не годятся) для схем, в которых возможно протекание тока через body-диод. Была тут тема - чего-то о задержках включения MOSFET - там это подробно рассматривали.
То есть, как по мне, сравнение несколько не корректное.

В преобразователе с мягким переключением перезаряд конденсатора резонансной цепи происходит через блокировочный конденсатор по питанию и один из ключей. Образовавшийся при этом контур тока будет иметь бОльшую площадь, чем у снабберов в схемах с жестким переключением. ИМХО

Согласен, с схеме с мягким переключением перезаряд конденсатора происходит по большой петле, но с относительно небольшими скоростями. В схеме с жестким переключением разряд происходит на канал по маленькому контуру (иглой тока с широким спектром), заряд - все равно по большому контуру, причем с высокой скоростью. Так где же преимущество?

По моему опыту, применение квазирезонансных и резонансных схем для питания чувствительной аппаратуры весьма оправдано - можно сэкономить на фильтрах больше, чем потеряешь за счет усложнения схемотехники.

[wim]

Если я правильно понимаю, то слева - не собственно LLC, а 600-W, Isolated PFC Power Supply for AVR Amplifiers. То есть, достаточно высокий уровень шума может обеспечивать не LLC, a PFC.
То есть, как по мне, сравнение несколько не корректное.

Согласен. И даже очень вероятно, что уровень шума даёт именно PFC. Но ведь он там есть и от этого никуда не деться. А варианты LLC без PFC мне не встречались.

[SergCh]

Согласен. И даже очень вероятно, что уровень шума даёт именно PFC. Но ведь он там есть и от этого никуда не деться. А варианты LLC без PFC мне не встречались.

Делал замеры источника, состоящего из PFC и моста с фазовым сдвигом .
Так вот без PFC помехи на первых гармониках сильно больше чем с PFC.
Пока не нашёл этому объяснения.
В области частот выше 500кГц с и без корректора помехи примерно одинаковы плюс минус 10 dB

[wim]

без PFC помехи на первых гармониках сильно больше чем с PFC.

А вот еще один компьютерный БП - этот уже с PFC. TP-775AH3CC. Полная мощность потребляемая от сети 320ВА. Детектор квазипикового значения.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[SergCh]

А вот еще один компьютерный БП - этот уже с PFC. TP-775AH3CC. Полная мощность потребляемая от сети 320ВА. Детектор квазипикового значения.

Это какие-то невероятные источники. Обычно в ВЧ области помеха незначительно меньше первых гармоник. Здесь же 10 dB ! всего.
Может быть прибор не успевает детектировать? Он же самостоятельно весь диапазон сканирует, не вручную ?
Кстати, по госту измерения проводить вроде положено на 0.7 от номинальной мощности .

Сообщение отредактировал SergCh - Jan 18 2013, 20:45

[wim]

Может быть прибор не успевает детектировать? Он же самостоятельно весь диапазон сканирует, не вручную ?

Там на фото видно - он сканирует диапазон 150кГц - 1МГц фильтром 9кГц за 100с. Всё как положено.

Кстати, по госту измерения проводить вроде положено на 0.7 от номинальной мощности .

По какому госту?

[нищеброд]

Можно сравнить спектры токов у фазника и косого моста с регенеративным снаббером.
фазник
косой мост, ток транса
косой мост, ток заряда снаббера

[Integrator1983]

Делал замеры источника, состоящего из PFC и моста с фазовым сдвигом .
Так вот без PFC помехи на первых гармониках сильно больше чем с PFC.

Замеры без PFC делали при том же напряжении, что дает PFC? Если нет - мост мог работать не в ZVS - соответственно, и шуму от него больше.

[нищеброд]

[quote name='нищеброд' post='1129005' date='Jan 19 2013, 12:18']Можно сравнить спектры токов у фазника и косого моста с регенеративным снаббером.
фазник


Сообщение отредактировал нищеброд - Jan 19 2013, 11:55

[wim]

Можно сравнить спектры токов у фазника и косого моста с регенеративным снаббером.

В области ЭМС моделирование на основе Spice-симуляторов пока что не работает. Причина в том, что уровень помех, создаваемых реальным устройством, сильно зависит от паразитных элементов схемы и от подстилающей поверхности.
Вот отчёт о попытке смоделировать помехи от импульсных источников питания:
http://www.yorkemc.co.uk/research/smps/apx-H-modelling.pdf
Люди из сертифицированной лаборатории ЭМС подошли к этому очень дотошно. Они выпаяли из источника питания детальки, анализатором цепей измерили их полные сопротивления, построили Spice-модели и запаяли детальки обратно.
И всё равно результаты моделирования отличаются от результатов измерений до 10дБ, причём в обе стороны. Собс-но именно потому что результат получился отрицательный, они и выложили этот отчёт в свободный доступ.

[нищеброд]

В области ЭМС моделирование на основе Spice-симуляторов пока что не работает.

С этим никто не спорит. Просто хотел показать качественное отличие возможных источников помех в двух разных схемах.

[Herz]

А что тут смотреть? Ясно, что чем круче фронты, тем больше гармоник. Но и всё. А как будет шуметь источник - предсказать нельзя.

[SergCh]

Замеры без PFC делали при том же напряжении, что дает PFC? Если нет - мост мог работать не в ZVS - соответственно, и шуму от него больше.

Конечно ! И не просто корректор отключил, а замкнул дроссель накоротко. И Фильтр входной тот же оставил.

Сообщение отредактировал SergCh - Jan 19 2013, 21:27

[нищеброд]

Конечно ! И не просто корректор отключил, а замкнул дроссель накоротко. И Фильтр входной тот же оставил.

Конечно корректоры могут быть разными, но обычно они повышают напряжение до 350-400В.
Так что потеря ZVS в Вашем случае вполне возможна.

А что тут смотреть? Ясно, что чем круче фронты, тем больше гармоник. Но и всё. А как будет шуметь источник - предсказать нельзя.

То что фазник будет шуметь меньше косого моста, предсказать можно.

[SergCh]

Конечно корректоры могут быть разными, но обычно они повышают напряжение до 350-400В.
Так что потеря ZVS в Вашем случае вполне возможна.

Напряжение после корректора 390 В DC я устанавливал как с корректором, так и без него.

[Herz]

То что фазник будет шуметь меньше косого моста, предсказать можно.

Не уверен. Вы же понимаете, от конкретного исполнения будет сильно зависеть. В пределе - да, если и там и там постараться сделать максимально аккуратно.

[нищеброд]

Напряжение после корректора 390 В DC я устанавливал как с корректором, так и без него.

Если не секрет, чем устанавливали 390 В без корректора?

[SergCh]

Если не секрет, чем устанавливали 390 В без корректора?

Не секрет, ЛАТРом ))

[Александр Козлов]

Еще в начале 80х фирма HP весьма успешно моделировала помехи от импульсных источников питания.
Что. за это время Spice протух?

Если интересно, могу отправить пару статей на эту тему.

[wim]

Еще в начале 80х фирма HP весьма успешно моделировала помехи от импульсных источников питания.
Что. за это время Spice протух?

Если интересно, могу отправить пару статей на эту тему.

Интересно. Отправляйте.