Подавление ВЧ помехи в fly-back AC-DC преобразователе. Опции

[uq.vintch]

Здравствуйте.

В настоящий момент занят разработкой AC-DC преобразователя, номинальной выходной мощностью в 70W.
Выход: 22В 3А
Вход: 100..240В

За основу взял TOP Switch HX.

В настоящее время проектируется уже вторая версия (первая имела 3 ревижина + 1 прототип) этого блока питания.
И самый тревожный для меня момент - наличие этой проклятой высокочастотной помехи, которая вызывается индуктивностью рассеивания...
Частота затухающих колебаний превышает 20 МГц, амплитуда в отдельных случаях достигала 1В.

На самом деле, нагрузке, впринципе, эта помеха не существенна. Но здесь другая проблема - у меня на БП стоит микроконтроллер, который пока что питается через линейный параметрический стабилизатор. И вот тут то начинается самое интересное.. Помеха имеет очень высокую частоту, изза этого, естесственно, стабилизатор она пролетает без каких-либо изменений. И на линии питания МК имеем 5В и пики в среднем близ 500мВ амплитудой (1В это был совсем страшный случай).

Сейчас начал всё почти с нуля. Собрал макетную печатную плату (она является именно печатной платой, разведена с учётом специфики SMPS, но имеет макетные элементы - тест-поинты, площадки под токовые петли и тому подобное), спаял. Для трансформатора установлен разъём, в который ETD29 вставляется непосредственно. Дополнительно, для начальных тестов сделан переходник под POL-30030 от Premier Magnetics.

Последняя версия трансформатора имела двухсекционную первичную обмотку и односекционную вторичку + экран поверх магнитопровода.
Сравнивая помехи на выходе между моим трансформатором и POL-30030 - разницы почти нет.
Посмотрел на выход у БП MeanWell, 12V 55W - амплитуда меньше раза в 3.

Завтра приступаю к полному расчёту трансформатора и компонент схемы, начну мотать... Пока что в голову лезет только 2 экрана поверх первички и вторички соответственно + экран поверх магнитопровода.
Бусины сегодня уже попробовал поставить, они не дали никакого эффекта. Но здесь оговорюсь. Индуктивность у бусинок близ 7мкГн. Ток насыщения - менее 1А. Поэтому (поправьте меня, если я не прав) по-идеи, при выходном токе в 3А она будет просто по-определению бесполезна...
Дополнительно попробовал взять кольцо М2000НМ, намотать на нём пару витков с большим расстоянием (чтобы минимизировать межвитковую ёмкость), получил индуктивность близ 5мкГн, впаял - разницы совершенно никакой.

И в завершении, все уже полагаю поняли в чём состоит собственно вопрос - господа, пожалуйста, если кто-то сталкивался и нашел удачные решения, прошу, поделитесь опытом. Любые идеи, как минимизировать помеху или скорректировать дизайн, чтобы получить амплитуду этой помехи ну хотябы до 100мВ... Иначе у МК здорово глючит АЦП, да и вообще както всё некрасиво...

Также, дополнительный вопрос. На предыдущих блоках была проблема - сгорали диодные мосты. Причём каждый раз летел только один мост, ну и предохранитель разве что. Вопрос - это может быть как-то связано с этой самой помехой (в высоковольтной части её амплитуда поболее будет), либо причина только в мостах. Мосты, кстати, "таблетки", непонятно чьего производства, чей предельный ток совпадает с потребляемым (упущение разработки...).

Последнее. Следующий этап развития, ещё не утврждённый, но намечаемый - сборка этого же блока, но с выходом 144В 0.35А. Пока не буду сильно затрагивать эту тему, но всёже, кто как считает, здесь будут какие-то проблемы, кроме конструкции обратной связи?

Заранее всем большое спасибо за участие, буду отписываться по мере продвижения. И буду очень признателен за любые ответы, кроме безпочвенной критики

[uq.vintch]

Так как на данный момент считаю тему практически исчерпаной (за исключением некоторых вопросов), подобью промежуточный итог.

1. Меняю диодный мост. Впрочем в этом даже вопрос не стоял, я в любом случае его намеревался заменить.
2. Переставляю ОС до выходного дросселя, положусь на опыт Microwatt - вы меня убедили.
3. Корректирую расчёты под вход номиналом 370-390В - из расчёта на PFC.
4. Схему снаббера делаю RCD + Zener; последний всёже вопреки рекомендациям оставлю.
5. Если входной каскад выдержет импульс 850В без разрядников - убираю разрядники.
6. Добавляю снаббер на выходной диод.
7. Бусины выбрасываю нафиг, оставляю только 10мкГн дроссель.
8. Рекомендация от тау - зашунтировать каждый диод моста конденсатором. Не уверен в целесообразности, ведь этого практически никто не делает. тау, пожалуйста, прокомментируйте немного этот совет
9. Трансформатор экранируем, разумеется. Дополнительно, электрически замыкаю половинки сердечника на экран (непомню где видел эту рекомендацию, представляется логичной). При сертификации проблем с точки зрения электробезопасности быть не должно? Из-за сердечника, электрически замкнутого на контакт силовой части.
10. Оптимизирую трассировку платы, это также было в планах изначально.

Иголки определяем как шум, наведенный на щуп, который практически не существует в реале и, следовательно, априори - безвреден для схемы. Дополнительно, вероятно, имеет место особенность осциллографа, изза которой АЦП вертикальной развёртки неадекватно преобразовывает амплитуду (возможно - какой-то резонанс входного контура осциллографа).
Тем не менее, для упрощения измерений остаётся актуальным вопрос - как правильно мерять, чтобы не ловить шум. Не выйдет всегда щупом тыкать с земляной "пружинкой" - земля не везде рядом есть...

Дополнительные тесты которые я намереваюсь провести, но которые пожалуй уже не повлияют существенно на результат. Так же, не уверен со сроками, когда получится всё это попробовать. Тем не менее:

1. Было предложение от shewor - оставить у вторички только керамику, а электролиты ставить после дросселя. Честно говоря, на первый взгляд немного сомнительно, но всёже из интереса попробую.
2. Температурная стабильность оптрона - проверю. Хотя до этого блоки работали разогреваясь до 75 градусов (завёрнутые в одеяло) и всё было окей...
3. Попытаться запитать осциллограф от аккумулятора, затем от изолирующего трансформатора. Сравнить результат измерений.
4. Подложить под всё это дело металлический лист, включительно с осциллографом. Сравнить результат измерений.

И наконец, оставшиеся без ответа вопросы:

1. тау говорил о демпфировании контура первичной обмотки. Пожалуйста, тау, опишите подробней, что вы предлагаете сделать.
2. Если кто-то может прокомментировать, пожалуйста, опишите различие между экранирующей обмоткой (мотается в 1 полный слой, один конец оставляется не подключенным, второй замыкается на "-" первички) и экранирующим витком фольги (также не замкнут, один конец замыкается на "-" первички). Живой пример - RDK-242 (документ RDR-242) от Power Integrations.

Вроде бы ничего не упустил.
В очередной раз, благодарю всех за участие Всёже мне помогли разобраться с проблемой которая мне не давала покоя

Сообщение отредактировал uq.vintch - May 29 2011, 18:41

[тау]

Диоды шунтируют емкостями, иначе ЭМС бывает трудно пройти. Дело в том что когда диоды выключены , они представляют из себя весьма малую емкость, иногда образуя вредный резонансный контур с паразитной индуктивностью пленочных конденсаторов , параллельных линиям сети , плюс подмешанная индуктивнсоть рассеяния двухобмоточного синфазного дросселя может сказаться. Начальный толчок для возникновения ВЧ колебаний возникает в момент закрытия диодов при их принудительном рассасывании пачками с частотой преобразователя но на вершинах входной синусоиды. Иногда этот звон можно увидеть осциллографом до моста , синхронизированный к максимумам сети. Я видел, многие слышали в радиоприемниках. Зависит от фазы луны.

Демпфирование паразитного контура первички (не путать с клэмпером) строится по такой вот схеме (вложение) , хотя иногда упрощают до RC или даже просто С (в тепло при этом на полевике и в трансформаторе). В тяжелых случаях применяют нондиссипативные снабберы (вам такие не надо , имхо). Демпфированна цепь первички испытывает в работе меньшее значение dI/dT и dU/dT что благоприятно против помех.

Различие между экранами такое: Экраны в виде обмоток тонким проводом - фтопку. не вижу отличий от самой обмотки, одним концом прицепленным к выводу первичного питания. Другое дело экраны в виде незамкнутой полоски меди , такой экран разделяет обмотки , существенно на порядки уменьшая проходную емкость между ними, и уменьшая напряжение пульсаций на межземельной емкости, с которыми далее призван бороться синфазный дроссель помехи. В Вашем случае светильника - экраны излишество нехорошее и неоправданный рост цены транса , с одновременным ростом L расс.

Заземление сердечника - имхо излишество , их землят разве что параноики. Также давно не землят КЗ виток из медной полоски вокруг транса с обмотками. Хотя иногда и встречается , но погоды это заземление не делает. Внешний экранирующий виток поверх собранного транса - должен быть замкнутым , я не понял где Вы там увидели что внешний виток разомкнут.

Сообщение отредактировал тау - May 30 2011, 08:57

Эскизы прикрепленных изображений

 

[AlexeyW]

Заземление сердечника - имхо излишество , их землят разве что параноики.

Зависит от конкретной ситуации. В высоковольтных приложениях, чтоб избежать наводки в пространство от открытой части сердечника, неплохо бы его и заземлить (тем более что это несложно). В конструкции типа EFD, где первичка прикрывает вторичку (у которой самый высоковольтный слой-самый внутренний) это уменьшит статическую наводку в пространство в 3-5 K раз.

[uq.vintch]

Зависит от конкретной ситуации. В высоковольтных приложениях, чтоб избежать наводки в пространство от открытой части сердечника, неплохо бы его и заземлить (тем более что это несложно). В конструкции типа EFD, где первичка прикрывает вторичку (у которой самый высоковольтный слой-самый внутренний) это уменьшит статическую наводку в пространство в 3-5 K раз.

Хм... Как вы считаете, мой случай попадает под гриф "высоковольтное приложение"?)
Я до сих пор не определился, заземлять сердечник или нет. Вы правы, технически это очень просто; но требует в последствии как минимум установки изоляции поверх фиксирующих скоб, да и не понятно как будет с электробезопасностью. Хотя, у нас интегральное решение где выходное напряжение никак и ни при каких обстоятельствах не может контактировать с человеком или каким-либо устройством.
И наконец, не хотелось бы без каких-то оснований (пусть даже не очень веских; в нашей организации приоритет отдаётся качеству) усложнять конструкцию трансформатора.
Трансформатор мотается на ETD29/16/10; но я честно говоря несколько не понял, какую роль здесь играет форма сердечника...

[AlexeyW]

Хм... Как вы считаете, мой случай попадает под гриф "высоковольтное приложение"?)
Я до сих пор не определился, заземлять сердечник или нет. Вы правы, технически это очень просто; но требует в последствии как минимум установки изоляции поверх фиксирующих скоб, да и не понятно как будет с электробезопасностью. Хотя, у нас интегральное решение где выходное напряжение никак и ни при каких обстоятельствах не может контактировать с человеком или каким-либо устройством.
И наконец, не хотелось бы без каких-то оснований (пусть даже не очень веских; в нашей организации приоритет отдаётся качеству) усложнять конструкцию трансформатора.
Трансформатор мотается на ETD29/16/10; но я честно говоря несколько не понял, какую роль здесь играет форма сердечника...

Тут, мне кажется, заземление сердечника совсем необязательно, не те напряжения.
Форма сердечника - важно, какая открытая площадь излучает, "емкость в пространство". Если сердечник излучает много больше, чем обмотка, то его стоит землить. Только я не совсем понял, зачем изоляция поверх фиксирующих скоб, какой у Вас порядок обмоток?

[uq.vintch]

Тут, мне кажется, заземление сердечника совсем необязательно, не те напряжения.
Форма сердечника - важно, какая открытая площадь излучает, "емкость в пространство". Если сердечник излучает много больше, чем обмотка, то его стоит землить. Только я не совсем понял, зачем изоляция поверх фиксирующих скоб, какой у Вас порядок обмоток?

Понял, всё же откажусь от заземления сердечника.
Я не сразу понял суть этого действия, отсюда и были сомнения пожалуй.
Насчёт трансформатора. У меня идёт намотка:
- первичная обмотка
- обмотка смещения (питание ШИМ контроллера)
- экран
- вторичная обмотка, основная
- обмотка питания контроллера выходного каскада (изолирована от входного)
- экран
- первичная обмотка (секция 2)
- короткозамкнутый виток поверх сердечника

Между секциями первичной обмотки и экранами прокладывается 6-ти слойная изоляция (против обычных 1-3 слоёв), с целью снизить паразитную ёмкость; и выходит это весьма эффективным - пик тока при открытии ключа достаточно мал. Что касается фактического значения КПД - пока ещё тесты не проводились, но обязательно будут.

Пока план таков... Если разживёмся анализатором спектра, возможно и даже вполне вероятно - откажусь от лишних экранов, ну а пока решили поддаться паранойе

А если же заземлить сердечник, то выходит, две скобы которые его фиксируют (стандартная фурнитура для ETD29) окажутся электрически замкнутыми на питание силовой части; в итоге у меня на плате будут две не маленькие пластины под высоким напряжением, что во-первых как-то не красиво, во-вторых может создать проблемы с электробезопасностью при сертификации.

И, благодарю за объяснение