WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |

Uо.вых Так как к =1, то о= Uо.вх П L() Um1.вх I1 xL -xC ПС 2 кСГЛ =кф = = = =П LC-1П LC Um1.вых I1xC ПС Сглаживающий RC - фильтр. Применяется при малых токах нагрузки. Применение резистора вместо дросселя значительно удешевляет и упрощает сглаживающий фильтр.

Допущения: Rн >> хС = ПС Uо.вых Rн к = о= Uо.вх Rф+Rн Рис.9.11.

Rф + 2 ПС2 Um1.вх I1 Rф +хС кф = = = = П RфС +1П RфС Um1.вых I1хС ПСRн кСГЛ =кфко =ПСRф Rн +Rф 9.5. Многозвенные фильтры Многозвенные фильтры представляют собой сочетание нескольких однозвенных (простых) фильтров и применяются в тех случаях, когда требуется получить очень малый коэффициент пульсации.

кСГЛ = кСГЛ..1 кСГЛ..2 кСГЛ..3 …..

кф = кф..1 кф..2 кф..3 …..

9.6. Развязывающие фильтры Развязывающие фильтры ослабляют связь по переменному току между какимилибо устройствами, питаемыми от общего источника постоянного тока. Например, исключить влияние исполнительных органов СУ на измерительные устройства. Развязывающие фильтры, как правило, бывают RC-типа и редко LC-типа.

В качестве развязывающих и сглаживающих фильтров также применяются компенсационные стабилизаторы напряжения.

10. ФИЛЬТРАЦИЯ СЕТЕВЫХ ПОМЕХ 10.1. Определение эффективности фильтрации Основным средством ослабления кондуктивных помех в цепях первичного и вторичного электропитания, вызванных коммутационными процессами, является фильтрация.

Эффективность фильтрации определяется вносимым затуханием фильтра:

& U[ ] S=20lg дБ & Uили I& [ ] S=20lg дБ I& & где U1, I& - напряжение и ток помехи на нагрузке в исходном состоянии (без фильтра);

& U2, I& - напряжение и ток помехи на нагрузке при наличии в цепи фильтра.

Основные требования, предъявляемые к фильтру:

1) обеспечение заданной эффективности фильтрации в требуемом частотном диапазоне (с учетом внутреннего сопротивления zi и нагрузки электрической цепи zн );

2) ограничение допустимого падения напряжения на фильтре при максимальном токе нагрузке;

3) ограничение по требованиям техники безопасности допустимого значения реактивной составляющей тока на основной частоте;

4) элементы фильтра должны выбираться с учетом номинальных токов и напряжений электрической цепи, а также возможных возникающих в бросков напряжений и токов, вызванных нестабильностью электрического режима и переходными процессами;

5) конструктивные: эффективность экранирования, минимальные габариты и масса, обеспечение нормального теплового режима, стойкость к механическим и климатическим воздействиям, технологичность конструкции и др.

По своему назначению помехоподавляющие фильтры являются широкополосными фильтрами нижних частот (ФНЧ).

Фильтры в цепях электропитания строятся как индуктивно- или резистивноемкостные.

Рис.10.1.

На основании теории четырехполюсников вносимое затухание может быть выражено через матричные коэффициенты в А-форме:

A11zн + А12+ A21zizн+ А22zi [ ] S=20lg дБ (*) zi +zн Матричные коэффициенты могут быть в свою очередь выражены через импедансы (полные сопротивления) дросселей и конденсаторов фильтра. Они представлены в таблице для всех приведенных выше схем.

№ Тип ФНЧ А11 А12 А21 А1 Емкостной 1 0 1/ZC 2 Индуктивный 1 0 ZL 3 Г-образный CL ZL 1/ZC 1+ zL zC 4 Г-образный LC 1+ zL zC ZL 1/ZC 5 Т-образный 1+zL zC zL zC +2zL 1/ZC 1+ zL zC семмитричный 6 П-образный 1+ zL zC ZC 2 zC +zL zC 1+ zL zC симметричный Эффективность фильтрации согласно формуле затухания существенно зависит от импедансов источника и нагрузки. Поэтому структура (схема) ФНЧ определяется из следующих соображений: первым элементом фильтра (Г-, Т-, П-) при малом cопротивлении источника должна быть катушка индуктивности L, при большом сопротивлении - конденсатор С. Аналогично следует выбирать и последний элемент фильтра, предшествующий нагрузке.

Так, согласно (*) для источника помех в виде генератора напряжения (zi0) емкостной фильтр (№ 1) неэффективен, а для источника помех в виде генератора тока (zi) неэффективным является индуктивный фильтр (№ 2).

Эти рекомендации особенно важны при проектировании ФНЧ для подавления помех, возникающих при коммутации электрических цепей. Конкретизируем их так:

1. Если образование помехи связано с включением электронного ключа (эквивалентно включению источника напряжения, заряженной емкости С), то первым элементом фильтра по отношению к ключу должна быть катушка индуктивности L.

2. Если образование помехи связано с выключением электронного ключа (эквивалентно включению источника тока, «зараженной индуктивности L), то первым элементом фильтра должен быть конденсатор С.

Заданную эффективность фильтрации можно обеспечить при различных значениях индуктивностей и емкостей фильтра. Для оптимального выбора этих параметров следует учитывать и конструктивные особенности: конструкции катушек индуктивности проще, дешевле и надежнее для малых токов, а конструкция конденсаторов - для малых напряжений.

Поэтому при большом токе и низком напряжении следует применять в фильтре катушки с малыми индуктивностями и конденсаторы с большими емкостями, а при малом токе и высоком напряжении - катушки с максимально возможными индуктивностями или резисторы и конденсаторы с малыми емкостями.

Другим важнейшим параметром ФНЧ является частота среза, которой ограничивается участок частотного диапазона, начиная с нулевой частоты, на котором затухание равно нулю. А сам участок называется полосой прозрачности ФНЧ. Только наличие такого участка, в строгом смысле слова, характеризует четырехполюсник как ФНЧ. В этом отношении схемы № 1-3 являются только частотно-зависимыми цепями, хорошо заграждающими высокие частоты, но несколько ослабляющими и полезный сигнал основной частоты сети. Только схемы « 4-6 являются в полном смысле фильтрами ФНЧ, без ослабления пропускания сетевую частоту.



Граничные частоты полосы прозрачности получаются из решения уравнения:

А11()=±1, 1=0 и 2=С, f1=0 и f2 =C 2 = fC Рис.10.2.

Для схем № 4-6 значение A11 следует брать из таблицы.

Для схем № 1-3 A11 = 1 - действительное число и частота среза отсутствует.

10.2. Помехоподавляющие элементы и фильтры Реальные характеристики помехоподавляющих элементов и фильтров определяются их конструктивными особенностями и в связи с этим имеют ряд ограничений (по частоте, току, напряжению и т.д.). Рассмотрим их.

10.3. Конденсаторы Применяются как самостоятельные помехоподавляющие элементы и как параллельные звенья фильтров (см. 6 схем). Тип конденсаторов зависит от материала диэлектрика (бумажные, металлобумажные, пленочные, керамические, электролитические и т.д.). Конструктивно помехоподавляющие конденсаторы делятся на следующие типы:

1) двухполюсные (с двумя выводами);

2) опорные (одним из выводов является металлический корпус);

3) проходные некоаксиальные (все выводы - токонесущие);

4) проходные коаксиальные (металлический корпус и центральный токонесущий проводник);

5) конденсаторные блоки (в одном корпусе).

Схемы замещения конденсаторов:

Рис.10.3.

Согласно схемам замещения реальный конденсатор не имеет чистой емкости, а имеет:

- собственную индуктивность L состоящую из индуктивностей выводов и обкладок;

- сопротивление R выводов и контактов;

- проводимость утечки G (обычно для проходных конденсаторов ей пренебрегают).

Наличие паразитных индуктивностей приводит к появлению резонансных явлений, ограничивающих частотный диапазон конденсатора. На частотах выше частоты собственного резонанса конденсатор имеет индуктивное сопротивление, увеличивающееся с частотой. Применяя проходной конденсатор, резонансную частоту можно значительно повысить.

1 - внешняя обкладка - корпус, подсоединенный к одному торцу секции;

2 - токонесущий стержень, соединенный с торцем секции при помощи пайки;

3 - изоляционная втулка (стекло, фарфор);

4 - крепежный фланец.

Рис.10.4.

Максимально возможные короткие выводы позволяют получить минимально возможную паразитную индуктивность, а значит и более высокую резонансную частоту - до 100 [МГц]. Для сравнения: электролитические конденсаторы имеют резонансную частоту, не превышающую 25 [кГц].

Конденсаторные емкостные блоки служат для подавления:

1) симметричных (продольных) помех с помощью конденсатора C1;

2) несимметричных (поперечных) помех с помощью проходных конденсаторов C2.

Рис.10.5.

10.4. Индуктивные элементы - дроссели Применяются как самостоятельные элементы подавления помех и как самостоятельные звенья фильтров. Наиболее распространены дроссели следующих видов:

1) витковые на ферромагнитном сердечнике;

2) безвитковые.

Они имеют следующие схемы замещения:

Рис.10.6.

Здесь С - межвитковая емкость.

Максимальная частота, на которой работает витковый дроссель, ограничена его собственной емкостью. На частотах, выше резонансной, дроссель имеет емкостное сопротивление, уменьшающееся с частотой. Применение секционирования обмоток снижает емкость, но одновременно уменьшается и индуктивность дросселя.

Рис.10.7.

Безвитковый дроссель представляет собой трубчатый ферромагнитный сердечник, надетый на токонесущий стержень. В качестве ферромагнитного материала используют для высоких частот (ВЧ) никель-цинковые ферриты НН100...НН600 и альсиферы марки ТЧ-90. На низких частотах (НЧ) применяются магнитодиэлектрики типов ПП90 и ПП250, изготовленные на основе Мо-пермаллоя.

Размеры ферромагнитного сердечника выбираются такими, чтобы они не насыщались и тем самым не снижали индуктивность дросселя.

10.5. Микроминиатюрные фильтры Керамические проходные фильтры имеют миниатюрную конструкцию и позволяют эффективно подавлять помехи в широком диапазоне частот. В конструкции керамического проходного фильтра может быть реализовано Г-, Т- или П-образное звено ФНЧ. Имеются несколько конструктивных решений ФНЧ.

Рассмотрим одно из них:

1-сегнетокерамическая трубка;

2-крепежный фланец;

3-внутренняя обкладка;

4-наружняя обкладка;

5-безвитковый дроссель;

6-токонесущий стержень.

Реализуется П-образная схема ФНЧ.

Рис.10.8.

Известны конструкции многоштыревых разъемов, в которых на каждый контакт встраивается по одному П-образному помехоподавляющему фильтру. Габаритные размеры такого фильтра:

l =9,5[мм], d =3,2[мм], 10.6. Фильтрация цепей электропитания цифровых устройств Возрастание степени интеграции и уплотнения компоновки современных цифровых интегральных схем (ЦИС) приводит к их существенной зависимости помехозащищенности от конструктивного выполнения межсоединений в аппаратуре, включая компоновку шин электропитания в платах.

Шины питания объединяют все ЦИС. Поэтому появление импульсных помех на шинах питания, вызванных процессами коммутации ЦИС при переходе из одного логического состояния в другое, может привести к появлению сбоев в работе всего цифрового устройства. Это в равной мере относится и к импульсным помехам, проникающим в шины питания извне, например, из источника питания.

Среди современных ЦИС различных типов наибольший уровень при переключении создают ТТЛинтегральные схемы. Включение и выключение вентилей в этих схемах приводит к появлению чрезвы кратковременных (десятки наносекунд) бросков тока величиной в несколько десятков миллиампер. Образование Рис.10.8.





импульсного тока при переключении ЦИС приводит к импульсному падению напряжения в шинах питания, обладающих конечным импедансом (обычно RC-типа). Броски тока приводят к импульсным перепадам напряжения, так как:

di и=L dt Импульсные помехи в шинах питания, возникающие в процессе коммутации ЦИС, а также проникающие внешне путем, могут приводить к сбоям в цифровых устройствах по следующим основным причинам:

1) Изменение питающего напряжения ЦИС, превышающее установленный в ТУ допуск.

Степень воздействия помехи зависит от ее характера - форма, полярность, амплитуда и длительность, а также от места ее приложения - шина «Питание» или «Земля».

Помеха может вызвать появление задержки полезного импульса, что приведет к ложному срабатыванию.

2) Импульсное падение напряжения на шине «Земля», приводящее к искажению информационного сигнала на входе ЦИС.

Рис.10.10.

Помехи в шине «Земля», помимо влияния на информационные сигналы, приводят к изменению питающего напряжения ЦИС, удаленной от блока питания.

3) Перенос помех из цепей питания в сигнальные цепи индуктивным или емкостным путем при больших скоростях изменения тока di/dt и напряжения du/dt.

10.7. Рекомендации по конструированию Для снижения уровня помех в шинах питания применяются следующие схемноконструктивные методы:

1) уменьшение индуктивности шин питания с учетом взаимной магнитной связи прямого и обратного проводников;

2) сокращение длин участков шин питания, которые являются общими для токов от различных ЦИС;

3) снижение скорости изменения импульсных токов в шинах питания с помощью помехоподавляющих конденсаторов; здесь появляются как бы индуктивные источники питания для групп корпусов и даже отдельных корпусов;

4) рациональная топология цепей питания на печатной плате. Разводка шин питания к ЦИС на печатной плате должна осуществляться не последовательно, а параллельно или в виде замкнутых контуров. Последняя приближается по своим параметрам к сплошным плоскостям питания.

11. ЗАЗЕМЛЕНИЕ Рационально организованная система заземления в аппаратуре СУ вместе с экранированием и фильтрацией является эффективным средством ослабления помех.

Система заземления - это электрическая цепь, обладающая свойством сохранять минимально возможный потенциал, являющийся уровнем отсчета в конкретной аппаратуре. Кроме свойства минимизировать помехи, система заземления должна обеспечивать защиту обслуживающего персонала от поражения электрическим током в соответствии с требованиями техники безопасности.

При конструировании аппаратуры к системе заземления предъявляются следующие основные требования:

1) минимизация общего импеданса земли, позволяющая исключить образование напряжения помех, превышающего допустимый уровень, за счет протекания токов отдельных узлов (каскадов, микросхем и т.д.) через общие участки земли;

2) отсутствие замкнутых контуров заземления, чувствительных к воздействию магнитных полей.

В аппаратуре СУ требуется как минимум три раздельных цепи заземления:

1) для сигнальных цепей с низкими уровнями токов и напряжений;

2) для силовых цепей с высокими уровнями потребляемой мощности (источники питания, выходные каскады, электродвигатели, электромагниты и т.д.);

3) для корпусных цепей (несущих конструкций: шасси, панелей, кожухов, крышек, корпусов, экранов, металлизированных покрытий и т.д.).

11.1 Способы заземления Из-за простоты реализации последовательная схема находит очень широкое применение. Ее не следует для цепей с большим разбросом потребляемой мощности, так как мощные функциональные узлы (ФУ) создают большие возвратные токи заземления, которые могут повлиять на малосигнальные ФУ. Малосигнальные ФУ следует подключать возможно ближе к точке опорного заземления. Рекомендуется применять при частотах f < 0,5-1[МГц].

Одноточечная параллельная схема применяется только на низких частотах f < 0,10,5[МГц], так как ее применение приводит к удлинению соединительных проводников и увеличению индуктивной составляющей импеданса «Земля».

Многоточечная схема применяется на высоких частотах f > 1[МГц], подключая ФУ в точках, ближайших к опорной земле. При этом в качестве опорной применяется заземляющая поверхность с малым импедансом: металлические шасси, слой многослойной печатной платы, металлизированное покрытие пластмассового корпуса и т.д.

12. ПОДАВЛЕНИЕ ПОМЕХ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ (ИВЭП) Каждый из функциональных узлов ИВЭП, в котором происходит импульсное преобразование электрической энергии, является потенциальным источником помех.

Уровень помех зависит от следующих факторов:

1) формы и параметров коммутируемого напряжения или тока, включая амплитуду, частоту коммутации и т.д.;

2) частотных свойств используемых электро- и радиоэлементов;

3) принятого метода компоновки и монтажа.

Рассмотрим некоторые типовые схемы ИВЭП.

12.1. Мостовая схема выпрямления Рис.12.1.

Емкость фильтра Cф не в состоянии погасить помеху в силу низких частотных свойств электролитического конденсатора. Нужно включить непосредственно на входную диагональ выпрямительного моста помехоподавляющий конденсатор CП.

12.2. Импульсный стабилизатор напряжения (ИСН) Рис.12.2.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.