Проблема с ЭМС в неизолированном buck конверторе, Завернули блок питания на ЭМСе... Опции

[MTh]

Здравствуйте,

разработали импульсный стабилизатор тока на популярной HV9961. Мощность по выходу 36 Вт. Выходной ток 0.35 А. Максимальное рабочее напряжение на выходе 120 Вольт. Особенность чудо-микросхемы - работа в режиме Toff=const и неизолированное решение. Преобразователь чудесно работает. Дает очень хороший стабильный ток на выходе, при малом количестве обвеса и без электролита на выходе. Прекрасно удерживает ток во всем диапазоне входных напряжений имеет большой рабочий диапазон температур. Короче подходит и все бы замечательно, но есть такая штука как сертификация. И ЭМС на источник питания для светильника куда более жесток чем для радиотехнической аппаратуры. ЭМС по ГОСТ Р 51317.3.2-2006. Сертификационныйй центр сказал что по ЭМС не прошли и выдал протокол со спектральными составляющими потребляемого тока. Рисунок в аттаче.

В силу того что живем мы в своего рода удаленном районе, ближайший центр где можно проверить БП на ЭМС - соседняя область. Меня это конечно не радует - после каждого изменения отправлять - денех не напасешься. Решил попробовать хотя бы примерно оценить уровень помех...

Сделал следующее - осциллографф Tektronix TDS2014B, токовый шунт (сопротивление его вычислил до 4 знака). Сохранил 5 осциллограмм тока с осцилла через софтину на комп и загнал в эксель. Сделал фурье и получил следующую картинку (аттач EMC1). Меня порадовала - очень похожа на ту что прислали их сертификационного центра. Т.е. цифры конечно же не точные, но картинки очень очень похожи.

Еще нюанс - Мои графики в значениях амплитуды тока, график из центра в процентах. За 100% принято значение первой гармоники тока (50 Гц), исследование проводится на первых 40 гармониках - т.е. до 2500 Гц - сразу вопрос отпадает о пропускной способности осцилла.

Дальше начались поиски решения - поставил кондер 0,47 мкФ (рекомендуемый даташитом) на выход - стало лучше (аттач EMC2).

По входу у меня стоял дифференциальный фильтр - два конденсатора по 0.1 мкФ + PLY индуктивный фильтр между ними. Я добавил еще два конденсатора - два вывода соединяем вместе и на землю, два оставшихся на ноль и фазу входного питания. Стало хуже. (аттач EMC3).

Результаты - научился проводить ЭМС (в неком наверное очень приближенном виде). Задавил 2, 4 и далее четные гармоники до нужного мне уровня 7, 5, 3 процентов. Осталась проблема с нечетными гармониками - она заключена в следующем - для третьей гармоники значение не должно превышать 29.7%, для 5-ой - 10%, для 7ой - 7%, для 9-ой - 5%. Далее все по 3 процента и только на нечетных.

Вопрос - как при моем раскладе задавить третью гармонику почти в три раза не прибегая к ККМ, возможно ли это вообще??? Или смело разрабатывать ККМ?

P.S. Эквивалента сети нет - сделал БПФ над входным напряжением - там гармоник много, в том числе пресловутая третья примерно 30% от первой - я понимаю что она вносит свой "вклад" в результаты моих изысканий, и даже понимаю что ее простое вычитание мне мало что даст - осцилл показывает разницу в децибеллах. По построенным мной графкам после фурье - все достаточно чисто.

P.P.S. Прошу сильно не пинать - опыта не так много как хотелось бы, но все с чего-то начинают.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[SergCh]

Странно, мне казалось что при проверке на ЭМС проверяют помехи на частотах 0.15-30Мгц(150Мгц), они значит ещё и гармоники меряют. Коэффициент мощности тоже измеряют?
Гармоники можно задавить например конденсатором по входу или индуктивностью после выпрямителя. Или и то и другое.
Расскажите, как вы ток разлагали в фурье в экселе.

[MTh]

Странно, мне казалось что при проверке на ЭМС проверяют помехи на частотах 0.15-30Мгц(150Мгц), они значит ещё и гармоники меряют.

Что меряют и в каком диапазоне зависит от того что Вы сертифицируете.

Коэффициент мощности тоже измеряют?

Формально - нет.

Гармоники можно задавить например конденсатором по входу или индуктивностью после выпрямителя. Или и то и другое.

У меня кондер есть... даже три... они режут ВЧ. А тут надыть индуктивность и фильтр... но на такой гармонике - сомневаюсь.

Расскажите, как вы ток разлагали в фурье в экселе.

Для экселя есть такая штука - Пакет анализа данных. Там есть Фурье. Есть только неудобство - количество отсчетов то ли четным должно быть, то ли степенью двойки - не помню точно. Но работает и считает верно.
Я графики строил в проге SciDAVis. Она также умеет делать преобразование Фурье.... очень кстати прога понравилась.

Такой БП потребляет ток от сети только когда напряжение в ней больше напряжения линейки, отсюда и типичный спектр прямоугольника.

Согласен... и тоже прихожу к выводу что фиг чего задавлю...

Корректор автоматом получился бы в случае инвертирующего преобразователя (т.е. с полным, а не частичным переносом энергии дросселем), но данная схема на это не способна.

Тут только руками развести остается... и начинать делать ККМ.

Тогда БП от любой техники (компьютерный и т.д. с кондером и без ККМ) имеет такой же ток?
Или в них специально входные дроссели и кондеры установлены.

Совершенно верно )) Только уровень ВЧ помех гораааздо больше. И там надо смотреть спектр мощности.

Попробуйте свою схему запитать от кондера компьютерного БП, через все его входные цепи.
Если поможет - то по очереди удалять компоненты вх. цепи, контролируя вх. ток. Оставить только нужные
Часто ставят резистор, но это скорее для ограничения тока при включении. Но, возможно, они и гармоники снижают?
Может быть проблема в переключении диодов выпрямителя, попробуйте для проверки поставить быстрые диоды или, наоборот, медленные.

Сомневаюсь что поможет - частота не та... но завтра еще поиздеваюсь над всякими другими источниками. и Погляжу.

Ещё можно попытаться "переименовать" свой прибор в дугую группу с менее жесткими требованиями...

Вот это толковая идея, но меня не пускают в другую группу. К сожалению наша система ГОСТов все еще базируется на "старых" понятиях и такой штуки как светодиодный светильник совершенно нет.

[Пушкарев Михаил]

Вот это толковая идея, но меня не пускают в другую группу. К сожалению наша система ГОСТов все еще базируется на "старых" понятиях и такой штуки как светодиодный светильник совершенно нет.

На изделия группы С (осветительные приборы с потребляемой мощностью более 25 Вт) заложены очень жесткие требования. По-видимому, это сделано из-за их потенциально большого количества. Наверняка такие же требования и в иностранных стандартах. Причина большого уровня нечетных гармоник в потребляемом токе - работа выпрямителя на емкостную нагрузку. Помочь может только коррекция коэффициента мощности включением дросселя большой индуктивности, либо активного ККМ. Последнее заставит отказаться от HV9961.

[MTh]

На изделия группы С (осветительные приборы с потребляемой мощностью более 25 Вт) заложены очень жесткие требования. По-видимому, это сделано из-за их потенциально большого количества. Наверняка такие же требования и в иностранных стандартах. Причина большого уровня нечетных гармоник в потребляемом токе - работа выпрямителя на емкостную нагрузку. Помочь может только коррекция коэффициента мощности включением дросселя большой индуктивности, либо активного ККМ. Последнее заставит отказаться от HV9961.

Почему заставит отказаться?

Похоже, завернули не по ЭМС а таки по коэффициенту мощности.
HV9961 листал, но не включал, точно ее возможности вспомнить не могу.
Делал я как-то светодиодный источник с заумными требованиями. Выкрутился вроде через полу-ККМ на коммутируемых конденсаторах. Цена вопроса - три диода и резистор.
Поищите, ключевое слово "valley-fill"

Нет, завернули как раз по ЭМС... коэфициент мощности их устроил...

Уровень любого пользователя на форуме определяется количеством сообщений - но это по теории. По факту - microwatt в своем репертуаре - Veni, vidi, vici... за что ему огромное спасибо. ))) результаты добавления "valley-fill" в аттаче... И картинки всех графиков для сравнения...

К сожалению, несмотря на то что третья гармоника (29,7% от 1ой) задавилась как надо, то 7-ая (требуется 7%) и 9-ая (требуется 5%) пока слишком высокие. Совсем не хочется делать полноценный ККМ...

UPD: применил схему без удвоителя на конденсаторах - с удвоителем получается картинка хуже... Опять же вероятно что номиналы не удачно выбраны...

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Microwatt]

Нет, завернули как раз по ЭМС... коэфициент мощности их устроил...

Если бы завернули по ЭМС, сказали бы что излучает на частоте, например, 200кГц или 5Мгц выше положенного. На гармониках частоты преобразователя другими словами.
А если речь зашла о гармониках тока на 50Гц - только коэффициент мощности рассматривается. Ничего другого.
В приведенных выше ссылках рассматривается несколько усложненная схема "заполнения долины". В первоначальном варианте она гораздо проще.
Там сначала смущает большой номинал резистора последовательно для зарядки конденсаторов. Но если вспомнить ТОЭ, то низкий КПД при зарядке конденсатора через резистор только при зарядке с нуля. При дозаряде на 10-20% все не так уж плохо.
Вот варьируя параметры этой схемы и можно добиться сносной компенсации гармоник. По крайней мере IR как-то добился для люминисцентных ламп соответствия стандартам. Жаль, не найду сейчас ссылку...

[MTh]

Если бы завернули по ЭМС, сказали бы что излучает на частоте, например, 200кГц или 5Мгц выше положенного. На гармониках частоты преобразователя другими словами.

Суть в том что я попадаю в категорию С по ЭМС для освещения. Там верх анализа ЭМС - 2500 Гц.

А если речь зашла о гармониках тока на 50Гц - только коэффициент мощности рассматривается. Ничего другого.

Ну распределение тока в гармониках - как раз и влияет на коэфициент мощности - так сказать одно из другого вылазит.

В приведенных выше ссылках рассматривается несколько усложненная схема "заполнения долины". В первоначальном варианте она гораздо проще.

Да, но она не дает того эффекта который нужен.

Там сначала смущает большой номинал резистора последовательно для зарядки конденсаторов. Но если вспомнить ТОЭ, то низкий КПД при зарядке конденсатора через резистор только при зарядке с нуля. При дозаряде на 10-20% все не так уж плохо.
Вот варьируя параметры этой схемы и можно добиться сносной компенсации гармоник. По крайней мере IR как-то добился для люминисцентных ламп соответствия стандартам. Жаль, не найду сейчас ссылку...

IR в своем документе как раз дал эти данные и поставил резистор на 1.2 КОм - у меня даже 120 Ом - разогревается мама не горюй. Сейчас набрал маленько деталек буду ставить эксперименты.
IR кстати приводит в документе данные по ЭМС аналогичные моим по % составляющим тока. И из 3 или 4 тестов в документе, пройден был бы только один. Проблемы те-же что и у меня - 3 и 5-ая гармоники задавлены, 7-ая выскакивает...

[Microwatt]

IR в своем документе как раз дал эти данные

Ага, значит Вы нашли это самостоятельно....
Ну что же, пусть как-то это поможет. Активный ККМ - дохлая затея для такого маленького источника. Минимум вдвое выше цена и вдвое хуже надежность.

[gte]

Ага, значит Вы нашли это самостоятельно....
Ну что же, пусть как-то это поможет. Активный ККМ - дохлая затея для такого маленького источника. Минимум вдвое выше цена и вдвое хуже надежность.

Неужели блок на HV9931 будет вдвое дороже и менее надежнее, чем на HV9961 + извороты на электролитических конденсаторах и резисторах?