Входной фильтр подавления ЭМП, Фильтр ЭМП для источника питания на 10...20 Вт Опции

[uwboy]

Итак, господа, прошу помощи!

Проектируемое устройство:

• измерительное устройство;
• микромощные входные сигналы;
• металлический корпус с окном индикатора;
• источник питания на борту.

Требования к источнику по основной функции:

• выходная мощность порядка 10...20 Вт;
• три варианта питающей сети по исполнениям: постоянный ток, 27 В, переменный однофазный 220 В 50 или 400 Гц;
• разброс напряжения питания порядка ±25%.

Требуется помехозащита по ГОСТ 30804.4.4 (наносекундные импульсы) и ГОСТ Р 51317.4.5 (микросекундные импульсы) для группы исполнения III по ГОСТ 32137.

В основу конструкции защищаемого источника питания положено следующее:

• DC/DC-преобразователь 27-->±12 В на 20 Вт;
• низкочастотный трансформатор (один и тот же для 50 и 400 Гц) 220-->27 В, после всё тот же DC/DC-преобразователь.

Я пытаюсь спроектировать помехоподавляющий фильтр. Разумеется, из того, что есть в перечне МОП 44. Самостоятельный поиск к значимым результатам меня не привёл. Надеюсь на помощь опытных товарищей.

Рассматривал следующие варианты:

• Захаров, А. Защита промышленных приборов в соответствии с нормами по электромагнитной совместимости. Компонентны и технологии №5, 2006. Топология на рис. 6.
• Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Г. С. Найвельт, 1986. Топология на рис. 12.14.

Но затрудняюсь оценить их эффективность при помощи схемного симулятора и описания метода испытания по ГОСТ.
Буду признателен, если растолкуете или укажете доходчивую литературу.

Также отмечу по результатам симуляции: достаточно эффективно подавляется наносекундная помеха «провод—провод» между линиями питания при помощи симметричного ФНЧ четвёртого порядка (Найвельт, таблица 12.3, Г-образный с индуктивным входом); перераспределение энергии пачки наносекундных импульсов даёт небольшое перенапряжение, приведённое к первичной обмотке низкочастотного трансформатора.

Что-то подсказывает мне, что я глубоко неправ.

[shf_05]

Также отмечу по результатам симуляции: достаточно эффективно подавляется наносекундная помеха «провод—провод» между линиями питания при помощи симметричного ФНЧ четвёртого порядка (Найвельт, таблица 12.3, Г-образный с индуктивным входом); перераспределение энергии пачки наносекундных импульсов даёт небольшое перенапряжение, приведённое к первичной обмотке низкочастотного трансформатора.

1. наносекундные импульсы (нси) подаются между проводами и землей, если у вас еще провод-провод, то гасите помехи провод-провод варисторами и супрессорами
2. нси хорошо гасятся синфазным дросселем.
3. гуглите emc filter design

[=AK=]

Я пытаюсь спроектировать помехоподавляющий фильтр.

Непонятно, почему вы ухватились именно за фильтр. Вам перво-наперво надо проанализировать пути распространения помех и обеспечить оптимальную топологию земляных цепей. И уж потом, если будет видно, что этого недостаточно, можно добавить фильтр. Фильтр - это не панацея, а всего лишь опциональный довесок к правильной топологии.

[КОРД]

низкочастотный трансформатор (один и тот же для 50 и 400 Гц) 220-->27 В, после всё тот же DC/DC-преобразователь.

А зачем на 27В??? Лишняя ступень...
В случае сетевого питания - сразу тогда на 12В.

[uwboy]

Непонятно, почему вы ухватились именно за фильтр.

Это устройство защиты для источника питания. Для измерительной части — экранировка и RC-цепи по входам. Мощная импульсная помеха прикладывается именно ко входу источника питания.

А зачем на 27В??? Лишняя ступень...
В случае сетевого питания - сразу тогда на 12В.

Две причины: унификация и стабилизация с высоким КПД (при значительных отклонениях напряжения питания сети) в импульсном источнике.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[silantis]

Две причины: унификация и стабилизация с высоким КПД (при значительных отклонениях напряжения питания сети) в импульсном источнике.

Интересные картинки. Два вопроса, не могли бы Вы сказать в чем моделировали и выложить проект который дает такие же картинки.
У меня задача на другие условия, но с Вашим проектом можно будет хоть с чего то начать.
Спасибо.

[uwboy]

в чем моделировали

Qucs (Quite Universal Circuit Simulator). Я использовал версию 0.0.17. Проект должны симулировать и более ранние вплоть до 0.0.15. На сайте проекта есть более свежая, в ней исправлены некоторые ошибки и добавлены новые; добавлены всякие вкусности и прочее; ведутся работы.
Про симулятор:

• В. Н. Гололобов. Qucs и FlowCode. (на русском языке; вводно-описательная; Гололобов немного увлекается — не обращайте внимание);
• Preliminary WorkBook (краткое руководство на английском);
• Preliminary WorkBook (приблизительный перевод от Гололобова краткого руководства на русский), обновлённый вариант в двух частях (часть 1 и часть 2);
• Preliminary ReportBook (подборка статей о практическом применении на английском);
• Technical documentation (техническое описание деталей работы программы на английском);
• Available components (перечень базовых компонентов с отметками об их реализации в разных видах симуляции).

выложить проект который дает такие же картинки.

Пожалуйста. Это специально для форума. Лицензия на файл с моделью CC BY 4.0 или CC BY 3.0 (непортированная) на Ваше усмотрение.

но с Вашим проектом можно будет хоть с чего то начать

Осторожнее только. Мой проект решает частную узкую задачу. При этом я сомневаюсь в эффективности каждого из предложенных двух решений. Анализ путей распространения помех и прочие меры защиты (экранировка, специальная прокладка силовых проводников, разделение общих цепей и пр.) уже использованы и модель их не охватывает. Также отмечу, что в основе двух решений лежат топологии, упомянутые в ссылках на литературу из открывающего сообщения.

Прикрепленные файлы

 emc_lpf_in_ac_cmp.7z ( 4.14 килобайт ) Кол-во скачиваний: 60

 

[silantis]

Спасибо огромное за предоставленный материал. Буду изучать.

Upd. Загрузил, запустил, проект симулируется, выводит все, что Вы предоставили.
Спасибо еще раз за работоспособный проект.

Сообщение отредактировал silantis - Feb 26 2015, 07:41

[=AK=]

Это устройство защиты для источника питания. Для измерительной части — экранировка и RC-цепи по входам. Мощная импульсная помеха прикладывается именно ко входу источника питания.

Неужто у вас источник питания сбоит от помех? Невиданное дело. Обычно источнику питания глубоко на**ать на все наносекундные помехи, он их вообще не замечает.

Источник питания боится мощных ("микросекундных") помех, он от них выгорает. Однако EMC фильтры от мощных помех не защищают. От слова "совсем".

Вот такая загогулина получается... (с)

[uwboy]

Неужто у вас источник питания сбоит от помех?

Сбоит измеритель. Но помехи через источник просачиваются. Буду признателен за конкретные предложения или критику.

Источник питания боится мощных ("микросекундных") помех, он от них выгорает.

От них тоже защищаюсь.

Однако EMC фильтры от мощных помех не защищают. От слова "совсем".

Да-да. Я уже оценил массо-габаритные характеристики ФНЧ, способного накопить энергию, сравнимую с энергией микросекундных импульсов. Тут, похоже, только варисторы, органичительные диоды и прочие нагреватели. Здесь микросекундная помеха не должна выводить фильтр из строя. Через низкочастотный трансформатор она проходит плохо и, как мне представляется, остатки эффективно давятся фильтром перед импульсным источником (благо, амплитуда как минимум в 10 раз меньше, а сопротивление источника больше).
Кстати, хотел поинтересоваться, следует ли демпфировать конденсаторы чтобы подавить резонансы EMC-фильтра?

Спасибо за подтверждение.

[=AK=]

Сбоит измеритель. Но помехи через источник просачиваются. Буду признателен за конкретные предложения или критику.

Конкретное предложение состоит в том, чтобы перестать рассматривать по-отдельности блок питания и измеритель. У вас сбоит устройство, вот и рассматривать надо устройство в целом. Еще раз повторяю, прежде всего надо рассмотреть пути распространения помех и обеспечить оптимальную топологию земляных цепей.

Вы стандарт на испытания на EFT уже прочитали? По стандарту вам положено инжектировать наносекундные помехи не только в провода питания, но (через емкостные клещи) также в каждый подходящий к устройству кабель. А устройство при этом должно находиться в 100мм над сплошной заземленной поверхностью. Представили? Вот и смотрите, как и куда у вас при этом помехи побегут, и много ли им помешает этот ваш EMC фильтр в питании.

[kleverd]

Если речь идет о МОП44, то надо посмотреть, что есть серийного на сегодняшний день.
Смотреть надо в сторону Александр Электрик Источники электропитания, ЭЛТОМ, Александр электрик ДОН, и других производителей. Они выпускают фильтры для своих ИП.

[kleverd]

Как показывает опыт, моделирование оказывается практически бесполезным.
Надо использовать что-то готовое, на что выпущено ТУ.
И все характеристики фильтров также брать из ТУ, потому что только за ТУ производитель фильтров и отвечает.

[uwboy]

Как показывает опыт, моделирование оказывается практически бесполезным.
Надо использовать что-то готовое, на что выпущено ТУ.
И все характеристики фильтров также брать из ТУ, потому что только за ТУ производитель фильтров и отвечает.

Ну, конкретно по моим требованиям год назад у АЕДОН не было годных фильтров, а из того, что было выпрыгивали на испытаниях конденсаторы. Да, прямо из компаунда. Кроме того, AC/DC-преобразователь их шумел в сеть совершенно недопустимо с т.з. требований заказчика. Пришлось что-то мастерить самому. А модель я и не рассматриваю как основание для проектирования готового изделия — так обкатать принципиальное решение, предварительно оценить «узкие места». Говорят, что в серьёзных конторах вокруг моделирования целая культура с научными работами и методичками.

[ЮВГ]

• металлический корпус с окном индикатора;
• источник питания на борту.

В основу конструкции защищаемого источника питания положено следующее:

• DC/DC-преобразователь 27-->±12 В на 20 Вт;
• низкочастотный трансформатор (один и тот же для 50 и 400 Гц) 220-->27 В, после всё тот же DC/DC-преобразователь.

Раз Вы написали: "Сбоит измеритель. Но помехи через источник просачиваются" есть вариант, что не очень "хороший" DC/DC-преобразователь расположен не очень удачно относительно металлического корпуса или индикатора.

Вариантов решения ( по мимо схемотехнических) множество, один из них, если корпус прямоугольный, а конструкция одноплатная, поставить вертикальные "экранирующие перегородки" с двух сторон платы на корпус. Идею можно подсмотреть разобрав современный телевизор. Разместите фото - возможно еще придумаем.

[V.K]

Интересуюсь измерениями. Достаточно много прошерстил по этому вопросу.
Если у Вас точная измерительная система, то (излишества, с ухудшением защиты от помех, можно убрать):
1) синфазный фильтр на входе. На выходе - обычный LC;
2) только трансформатор. Никаких импульсников. Трансформатор заказной, с минимальным током ХХ;
3) межобмоточный экран;
4) если, всё таки, Вас потянуло на импульсный ИП, то синфазный фильтр на выходе. После него - обычный LC.
5) выходные напряжения стабилизируются ТОЛЬКО линейными стабилизаторами.

[ЮВГ]

Интересуюсь измерениями. Достаточно много прошерстил по этому вопросу.

Интересуюсь ЭМС. Лет десять меня удивляет перекос финансирования разработчиков-схемотехников и конструкторов в бывшем СССР. Большинство компаний на рынке COTS за бугром бюджет по финансированию электронщиков и конструкторов делят примерно 40 на 60. Кто здесь может похвастаться хотя бы 60 на 40? По моим наблюдениям, в лучшем случае, у нас имеем 90 на 10. Диспропорция высшего образования и тем, достойных ветки спам.

Сообщение отредактировал ЮВГ - Feb 11 2016, 19:11

[shf_05]

советую вам не усложнять себе жизнь и сделать внешний фильтр помех по питанию. для работы самого ИП достаточно простенького фильтра.
схем полно. феррит для катушек и М2000 подходит, отечественные провода, конденсаторы и резисторы есть, варисторы пожалуй тоже.
https://www.google.ru/search?q=эмс+фильтр+п...536&bih=770

а вот измеритель (его входные цепи) отдельно придется защищать.

[V.K]

советую вам не усложнять себе жизнь и сделать внешний фильтр помех по питанию.

"Синфазный фильтр" только звучит громко, а на деле - катушка с двумя обмотками и несколько конденсаторов. Посмотрите на устройство любого ИП - там почти всегда на входе (220В) стоит синфазный фильтр. ИП имеет смысл экранировать. Экранировать также и входные цепи. Окончательное решение зависит от цели и бюджета. При желании, накрутить можно достаточно всякого.

[uwboy]

не очень "хороший" DC/DC-преобразователь расположен не очень удачно относительно металлического корпуса или индикатора.

Удачнее не расположить уже. Вдоль основной оси (вдоль длинной стороны) разделён сплошной стальной перегородкой (по совместительству направляющей и ребром жёсткости) на два отсека: в первом измеритель с фильтрами по сигнальным цепям, небольшим фильтром по питанию и линейными стабилизаторами; во втором отсеке — источник питания и фильтр ЭМС. Даже и не знаю, как её можно было сделать ещё правильнее.

Вариантов решения (помимо схемотехнических) множество, один из них, если корпус прямоугольный, а конструкция одноплатная, поставить вертикальные "экранирующие перегородки" с двух сторон платы на корпус. Идею можно подсмотреть разобрав современный телевизор. Разместите фото - возможно еще придумаем.

Ну, конкретно я уже всё, что мне было нужно придумал. Теперь наладка опытных образцов и испытания.

1) синфазный фильтр на входе. На выходе - обычный LC;
3) межобмоточный экран;
5) выходные напряжения стабилизируются ТОЛЬКО линейными стабилизаторами.

Примерно так и сделано.

2) только трансформатор. Никаких импульсников.

Рад бы, да у меня разброс питающей сети по напряжению чуть не вдвое.

4) если, всё таки, Вас потянуло на импульсный ИП, то синфазный фильтр на выходе. После него - обычный LC.

Импульсный ВИП — суровая необходимость. В итоге сделано так: плавкий предохранитель — два балласта (ноль и линия) по 10 Ом — симметричный LC (с высокой частотой) на землю (земля соединена с корпусом, индуктивности в линию и ноль) — симметричный LC (с низкой частотой) — синфазный дроссель с ёмкостями на выходе — трансформатор с экраном на землю — диодный мост — ёмкостной делитель на землю — пачка конденсаторов фильтра — синфазный дроссель — входная ёмкость — DC/DC-преобразователь (корпус соединён со всеми выходами через блокировочные ёмкости) — пачка выходных конденсаторов — синфазный дроссель и ещё пачка конденсаторов (уже на плате измерителя) — линейный стабилизатор.

Кто здесь может похвастаться хотя бы 60 на 40? По моим наблюдениям, в лучшем случае, у нас имеем 90 на 10. Диспропорция высшего образования и тем, достойных ветки спам.

У меня 50/50. Плюс я объясняю конструктору технические решения по экранировке, плюс я тщательно проверяю конструкцию. Не нахожу здесь перекосов.

советую вам не усложнять себе жизнь и сделать внешний фильтр помех по питанию. для работы самого ИП достаточно простенького фильтра.
схем полно. феррит для катушек и М2000 подходит, отечественные провода, конденсаторы и резисторы есть, варисторы пожалуй тоже.
https://www.google.ru/search?q=эмс+фильтр+п...536&bih=770

Всё это я проделал ещё до создания темы.

"Синфазный фильтр" только звучит громко, а на деле - катушка с двумя обмотками и несколько конденсаторов. Посмотрите на устройство любого ИП - там почти всегда на входе (220В) стоит синфазный фильтр. ИП имеет смысл экранировать. Экранировать также и входные цепи. Окончательное решение зависит от цели и бюджета. При желании, накрутить можно достаточно всякого.

Если любопытно, могу предложить итоговый вариант (схемотехнический) картинкой.

Всем почтенным господам моя благодарность!

[ЮВГ]

Если любопытно, могу предложить итоговый вариант (схемотехнический) картинкой.

Подождали n месяцев. Интересно посмотреть. Не комментировать обещаю.