любопытная находка или "сторонникам линейных стабилизаторов посвящается..."

Боюсь очередного холивара не избежать, но, тем не менее:
Ripple Current Cancellation Circuit.

P.S. как достать статью с IEEE писалось тут.

Если совсем коротко, то схема предложенная в статье выглядит так:

Подавление пульсаций тока достигается при выполнении такого условия: L2 = L1*N*(1-N), где N = Vpri/Vsec. Как не сложно заметить, выражение не содержит никаких зависимостей частоты, тока, напряжения, коэффициента заполнения ШИМ и так далее. Авторы статьи провели экспериментальную проверку и получили эффективность подавления пульсаций тока почти на два порядка (в 90 раз), причем схема давит не только пульсации на основной частоте преобразования, но и гармоники как минимум до пятой включительно.
  • +6
  • 23 августа 2013, 02:42
  • evsi

Комментарии (49)

RSS свернуть / развернуть
Ты бы хоть ключевые моменты написал и прокомментировал. А то неясно, о чем ты вообще.
+3
  • avatar
  • Vga
  • 23 августа 2013, 04:14
Написал, как достать статью. А сам ее не достал?
0
Достал, конечно же. Иначе зачем бы я постил ссылку на статью не прочитав ее?
0
Добавил краткое описание.
0
  • avatar
  • evsi
  • 23 августа 2013, 05:37
Ну ОК, насчет статьи стало понятнее. А что насчет холивара и заголовка?
0
имхо, речь о сказках а-ля «чистое напряжение питания можно получить только со связки [сетевой транс + линейный стабилизатор]». ну или типа того что-нибудь.
0
Угу, и теплый ламповый кенотронный или игнитронный выпрямитель =)
0
Точно так.
0
Дело не только в чистом напряжении, но и в чистом «эфире».
Ведь что мы видим — два дросселя и трансформатор, через которые гуляют импульсные токи. Соответственно, по плате будут гулять магнитные поля, которые никаким экраном не закроешь.
В некоторых случаях придется очень тщательно разводить плату, чтобы в широкие петли не «надуло»
0
ну, тщательность и грамотность разводки платы для импульсников — она по умолчанию присутствует:)
0
Где?
Где она присутствует по умолчанию?
0
в концепции она присутствует. ибо протекание (хотя бы) могучих импульсных токов приходится-таки учитывать (в смысле — путь их протекания). минимизация индуктивности даже сигнальных цепей тоже не с потолка взялась — ибо дорожка может быть как передатчиком, так и их приемником. не зря же в большинстве книг по импульсникам отдельно рассматриваются вопросы грамотной разводки печатки. или это просто авторам делать не хер?:)
0
Это вы желаемое считаете уже присутствующим.
Не «присутствует по умолчанию», а должна присутствовать. Для того авторы и заостряют внимание на вопросах правильной разводки. И даже правильно спроектированный импульсный источник шумит во много раз сильнее линейного, а наводки по магнитному полю экранируются намного труднее помех по электрическому.
0
Не «присутствует по умолчанию», а должна присутствовать.
В любой схеме, где присутствуют значительные токи, она должна присутствовать. В импульсниках проблемы из-за неправильной разводки вылезут куда быстрее, чем в аналоговых схемах. По моему опыту могу сказать, что импульсник с неправильной разводкой зачастую просто неработоспособен или очень быстро выходит из строя.
И даже правильно спроектированный импульсный источник шумит во много раз сильнее линейного
Эту мысль неплохо бы аргументировать. И, желательно, без фраз типа «это очевидно» и «это все знают».

P.S.
Шумы очень зависят от топологии, режимов работы и частоты преобразования. скажем, в резонансных преобразователи работающих с ZVS токи имеют форму весьма близкую к синусоиде. В этом смысле он от обычного трансформаторного блока питания отличается мало, только частота значительно выше, так что качественно зафильтровать ее куда проще.
0
желательно, без фраз типа «это очевидно»
Это очевидно, by design. :-)
0
«By design» чего именно, точнее, какой топологии? :)
0
какой топологии?
Исходя из исходных принципов построения линейного источника и построения импульсного источника (любой топологии).

Откуда вообще в линейном источнике могут взяться помехи для других узлов?
а) проникновение из сети,
б) входной трансформатор,
в) выпрямитель,
г1) фильтр, начинающийся на ёмкость
или г2) дроссель фильтра, начинающегося на индуктивность.
Дальше источников наводок нет, если стабилизатор не возбуждается.
Пункт а) неизменен для любого типа источника, его можно исключить из сравнения. Пункты в) и г) присутствуют и в импульсных источниках, не так ли? Нет только входного трансформатора. Но вот после фильтра сетевого напряжения идёт ещё собственно импульсный стабилизатор или инвертор со своими источниками помех.

По любому из перечисленных пунктов, напряжение помехи прямо пропорционально частоте.
При ёмкостной связи между проводниками напряжение помехи
U=\omega RC_{12}U_1,
где ω — круговая частота, R — сопротивление проводника-приёмника относительно земли, C₁₂ — взаимная ёмкость между проводниками, U₁ — напряжение источника помехи.

При индуктивной связи:
U=\omega MI_1,
где ω — частота, M — взаимная индуктивность между цепями источника и приёмника помехи, I₁ — ток в цепи-источнике помехи.

Таким образом, даже ZVS/ZCS источники, которые можно считать как бы даже и не очень импульсными, будут источниками более сильных помех за счёт более высокой рабочей частоты. Для «очень импульсных» топологий следует заменить ω на dU/dt или на dI/dt и мы так же получим сильные помехи за счёт высоких скоростей переключения.
0
Ой, что-то туда лишнее попало… Ctrl-S, наверно.
0
Да, напряжение помехи пропорционально частоте. Но и импедансы участвующих в этом процессе компонентов тоже линейно связаны с частотой. Соответственно, эффективность фильтров (и, кстати, экранов) на ВЧ тоже выше, что компенсирует более высокое напряжение помехи.

P.S. ZVS/ZCS это независимая характеристика, ортогональная к топологии. так что бывают как (квази)резонансные топологии «как бы даже и не очень импульсные» с ZVS/ZCS, так и вполне себе классические «прямоугольноимпульсные» топологии с ZVS/ZCS.
0
эффективность фильтров (и, кстати, экранов) на ВЧ тоже выше
Спорный вопрос.
Эту мысль неплохо бы аргументировать. И, желательно, без фраз типа «это очевидно» и «это все знают».
0
Спорный вопрос.
При одинаковой частоте среза фильтра ВЧ будет зарезано лучше, чем НЧ (поскольку речь идет о ФНЧ). При одинаковом расчете фильтра (под конкретную частоту пульсаций источника и затухание), габариты на ВЧ получаются меньше. Как следствие, проблемы (скажем, паразитные резонансы и переизлучения) вызванные паразитными сопротивлениями и индуктивностями фильтра тоже меньше. Замечу, что на ВЧ достаточно фильтровать только ВЧ, на НЧ филтьтровать только НЧ не получается, приходится дополнительно фильтровать и ВЧ.

По поводу экранов: для того, что бы экран был эффективен, его толщина должна быть больше толщины скин-слоя на данной частоте. На 50Гц скин-слой в меди около 9мм, а на 50кГц — около полумиллиметра, если мне правильно изменяет память. Не знаю как ты, а я не встречал конструкций, в которых на трансформатор нахлобучен медный экрат сантиметровой толщины.
0
 Насчёт экранов я в целом согласен, но вы говорили о фильтрах в первую очередь, а об экранах только в скобках, кстати.
 В источниках питания на 50‒100 герцах никто не заботился о паразитных составляющих элементов, или я неправ? Я имею в виду ESR конденсаторов, их же паразитную индуктивность, паразитную ёмкость дросселей и трансформаторов. Не шибко беспокоила и погонная индуктивность проводников. Раньше это интересовало, в основном, разработчиков цифровых схем в плане развязки микросхем по питанию внутри плат, блоков, стоек.
0
Да, об этом никто не беспокоился, если не интересовал результат. Если интересовал, то и снабберы на диоды ставили, и электролиты бумагой или керамикой блокировали, и за разводкой следили — делали покороче да потолще, с большим запасом. Иначе ВЧ наводок можно было отхватить по полной программе. Кстати, габариты тут тоже в минус — каждый провод работает как антенна, а уж чего-чего, а излучений вокруг нас хватает, от молний до ТВ и радиопередатчиков разного калибра и частоты.
0
Габариты импульсного источника меньше, за счёт этого он располагается ближе. Тут имеет смысл подумать не о взаимной ёмкости или индуктивности, а о напряжённости электрического поля и магнитном потоке.
0
Каюсь, я неточно выразился. Должно было быть «by definition» — по определению.
По определению непрерывного регулятора он ничего излучать не должен. По определению импульсного, (ключевого) стабилизатора он будет излучать. Неизбежно, в силу своего принципа работы.
0
По определению импульсного, (ключевого) стабилизатора он будет излучать. Неизбежно, в силу своего принципа работы.
В определении ничего об излучениях не говорится :)

Думаю следует уточнить, что мы говорим о реальных, а не об идеальных регуляторах. В идеальных линейный шуметь не должен, но и на выходе импульсного стоит идеальный фильтр, который не пропускает помехи. Так что «by definition» (которые, чаше всего, описывают именно идеальные системы) они оба не шумят.
0
Если есть переменные токи и напряжения, то неизбежно будут и излучения. А что излучает в реальном линейном регуляторе?
0
Реальному и того, что снаружи лезет хватит с головой. Да и классический диодный мост шумит будь здоров при рассасывании неосновных носителей в диодах. Замечу, что импульсники тут в более выгодном положении, поскольку выбросы при рассасывании неосновных носителей зависят от тока протекающего через диод, то есть с этой точки зрения при одинаковой мощности выгоднее выпрямлять более высокое напряжение с меньшим током, чем наоборот.

P.S. а бывают еще варианты импульсников, которые вообще берут входную переменку без выпрямления, эдакие «инверторы наоборот». у них подобное явление в принципе отсутствует, поскольку выпрямлением занимаются ключи, а не диоды. правда, я пока только публикации видел, есть ли такие готовые блоки я не в курсе.
0
То есть, нормально работающий линейный стабилизатор помех не излучает, наоборот, защищаться приходится от внешних импульсных засранцев помех. Ну что ж, и то прогресс во взаимопонимании. :-) А импульсному защищаться не требуется, потому что он сам засранец лучшая защита — это нападение.
… выбросы при рассасывании неосновных носителей...
… бывают не только в p‑n диодах, но и в ключах на биполярных транзисторах, и в БТИЗ (IGBT), и в тиристорах. Кого я забыл? Мощные полевые ключевые транзисторы сравнительно недавно получили широкое применение, до тех пор использовались либо БТ, либо тиристоры, а других вариантов не было. А собственно, кто мешает применять ПТ в составе входного синхронного выпрямителя? Или диоды Шоттки? Там только основные носители. И почему уж так шумят p‑n диоды на частоте 50‒100 Гц? Ведь скорость нарастания-спада напряжения небольшая на такой частоте. Уж никак не больше диодов в импульсных регуляторах/инверторах.
0
Мощные полевые ключевые транзисторы сравнительно недавно получили широкое применение
Ну если примерно 40 лет это недавно, то да.
А собственно, кто мешает применять ПТ в составе входного синхронного выпрямителя?
Полагаю традиционное отсутствие активного управления этой частью.
И почему уж так шумят p‑n диоды на частоте 50‒100 Гц? Ведь скорость нарастания-спада напряжения небольшая на такой частоте. Уж никак не больше диодов в импульсных регуляторах/инверторах.
Потому что, опять-таки, традиционно там используются медленные диоды. И шумят они, как раз, в значительно более широком спектре. Почему там это заметнее я тоже написал — время рассасывания (и, соответственно, величина выброса напряжения в этот момент) пропорциональна величине тока (если не ошибаюсь, зависимость не линейная, но, тем не менее, она есть).

Я совершенно не возражаю, что линейник можно улучшить с использованием современных технологий. Вопрос больше в том, имеет ли смысл это делать.
0
То есть, нормально работающий линейный стабилизатор помех не излучает
Смотря что считать под «излучает». Шумы там, тем не менее, есть. Да и пользователю все равно откуда взялся мусор на выходе.
0
Да будет каждому по вере его.
Вы веруете в чистые, добрые, белые, гладкие и пушистые импульсные стабилизаторы. И чем импульснее, тем добрее, белее, глаже и пушистее они будут.
Да исполнится ваша мечта.
Аминь.
;-)
0
Вы веруете в чистые, добрые, белые, гладкие и пушистые импульсные стабилизаторы.
Давайте вы не будете мне приписывать то, чего я не говорил.
0
Не «присутствует по умолчанию», а должна присутствовать

ну зачем цепляться к словам?:) можешь привести пример источника с охеренно кривой разводкой ватт хотя бы на 200, который прошел все тесты для выхода на рынок? или в качестве «эталона» рассматривать кривые поделки с просторов интернета, имя которым легион?:)

импульсный источник шумит во много раз сильнее линейного

а во сколько? без подъебов, интерес чисто академический.
0
… можешь привести пример источника с охеренно кривой разводкой...
С охеренно плохой разводкой не заработает ни импульсный, ни даже линейный. А вот с «просто плохой», линейный заработает, а импульсный — всё же нет. Я говорю это к тому, что импульсные гораздо более критичны к проектированию и конструктивному исполнению. И качественное проектирование и исполнение не падает с неба «по умолчанию», а требует усилий, аккуратности, тщательности. Линейный стабилизатор снисходительно отнесётся к промашкам, а импульсный их не прощает.

а во сколько?
Это следует конкретно мерить на конкретных экземплярах.
А с другой стороны, линейный источник шуметь не должен. Чему вообще там шуметь? Я сам же и ответил на этот вопрос в предыдущем посте: трансформатор, выпрямитель, фильтр. А в импульсных источниках этих узлов типа нет? Мы питаемся от батареек, значит? Очень хорошо, тогда линейный источник не излучает совсем.

Встречный вопрос. Сколько вы видели источников, в которых импульсный трансформатор был бы обёрнут короткозамкнутым витком из медной полосы? Я видел такие в телевизорах, а вот в компьютерных блоках питания не видел ни разу.
У меня осциллограф ловит наводку со своего же питания, притом ловит лучше именно с замкнутым щупом, на петельку из земляного проводника. Это означает, что помеха пролазит по магнитному полю. Я не знаю, есть ли там короткозамыкатель вокруг трансформатора, я не вскрывал.
0
Встречный ответ: чаще всего готовые импульсники идут в кожухах, в том числе и компьютерные БП. Справедливости ради нужно так же заметить, что самая широко используемая топология импульсника — флайбек, а он просто в силу принципа работы весьма шумен.

P.S. осциллограф с традиционным БП ведет себя ровно так же. причем магнитную составляющую на 50Гц заэкранировать не в пример труднее.
0
Встречный вопрос был не вам, но всё равно, спасибо.
Осциллограф тоже весь в стальном корпусе (кожухе), а помеха всё-таки вылазит через сталь.
Трансформатор с замыкателем и в кожухе будет шуметь меньше, чем только в кожухе, верно?
0
Трансформатор с замыкателем и в кожухе будет шуметь меньше, чем только в кожухе, верно?
При адекватной толщине кожуха он должен шуметь так же (меньше ему шуметь не с чего). Необходимая толщина кожуха упомянута ниже.
0
Я говорю это к тому, что импульсные гораздо более критичны к проектированию и конструктивному исполнению. И качественное проектирование и исполнение не падает с неба «по умолчанию», а требует усилий, аккуратности, тщательности.

ну вот и я про это говорил. не про то, что оно с неба падает, а про то, что если хочешь сделать нормальный импульсный источник — к разводке будешь относиться очень серьезно. ну и получается — для хорошего источника нормальная разводка будет «по умолчанию»:)

Сколько вы видели источников, в которых импульсный трансформатор был бы обёрнут короткозамкнутым витком из медной полосы?

вряд ли видел такие, кроме тех же телевизоров. но вопрос-то к чему?:) что импульсник шумит — так я и не отрицаю этого, зачем мне нести ахинею?:)

Я не знаю, есть ли там короткозамыкатель вокруг трансформатора, я не вскрывал.

вряд ли есть. по опыту лечения тектрониксов и риголов — стоИт обычный флай, удешевления ради плата сделана из одностороннего текстолита. причем плата источника ну очень сильно напоминает по виду импульсники из ЖК-мониторов:)
0
В целом, согласен с вами, а прицепился лишь к семантико-лингвистическому аспекту. ;-)
0
А с другой стороны, линейный источник шуметь не должен. Чему вообще там шуметь?

Ну, вообще-то шумят даже резисторы. Чем выше его сопротивление тем выше шум. Кроме того, линейным источником линейный стабилизатор назвать можно тоже весьма условно. Любой полупроводник, нелинейный элемент. Да и даже казалось бы линейные элементы на разной частоте, и различных режимах могут себя вести нелинейно, те же конденсаторы, не говоря уже о магнитопроводах…
0
по плате будут гулять магнитные поля
Это вопрос выбора сердечника и качества сборки трансформатора.
В некоторых случаях придется очень тщательно разводить плату, чтобы в широкие петли не «надуло»
Импульсники с частотами преобразования в сотни кГц в любом случае нужно разводить тщательно. Впрочем, к аналоговым схемам, где поблизости живут чувствительные к наводкам слаботочные схемы и мощные каскады, это относится в не меньшей степени.
0
на два порядка пульсации подавили потому что индуктивность подобрали с 1%,
то есть просто собрать без индивидуальной настройки не получится, потому что допуски у индуктивностей и 20% вполне встречаются.
проще дополнительно ldo поставить, правда с хорошим подавлением на высоких частотах тоже поискать надо. но с -40дБ PSRR на частотах до мегагагерца найти можно.
0
  • avatar
  • _pv
  • 23 августа 2013, 11:36
на два порядка пульсации подавили потому что индуктивность подобрали с 1%
На этот случай авторы и предлагают делать такую схему с интегрированными индуктивностями. Величины индуктивностей маленькие, так что их можно делать по планарной технологии, которая дает высокую воспроизводимость параметров намотки. Ну а с общим сердечником уход параметров сердечника не будет играть существенной роли.
проще дополнительно ldo поставить
Да-да, ампер на 25-30 :)
0
правда с хорошим подавлением на высоких частотах тоже поискать надо. но с -40дБ PSRR на частотах до мегагагерца найти можно.
Да, но выше мегагерца все гораздо печальнее. Эта схема гораздо эффективнее в этом диапазоне, причем чем выше частоты, тем конструктивно проще получить точную индуктивность, особенно учитывая свежие тенденции к использованию индуктивностей и трансформаторов без сердечников.
0
Начинающим чайникам вообще нихрена не понятно.
+1
Только вот Vpri/Vsec зависит от частоты, тока, напряжения, коэффициента заполнения ШИМ и так далее
0
  • avatar
  • kaf
  • 23 августа 2013, 20:01
Оба эти напряжения зависят от указанных параметров одинаково. Так что это всего лишь коэффициент трансформации и только, от указанных параметров он уже не зависит.
0
Кто-нибудь из местных уже испытал сей хитровыделанный методЪ?
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.