к оглавлению

Помехоподавляющие фильтры

В выпрямительных блоках используется импульсный способ преобразования электрической энергии, что создает обратные помехи - со стороны источника в сеть. Кроме того, в состав схемы выпрямительного устройства входят интегральные микросхемы и транзисторные ключи. Для нормального функционирования этих элементов необходимо исключить воздействие помех со стороны источника. То есть, под электромагнитной совместимостью (ЭМС) электронной аппаратуры понимается ее способность функционировать совместно с другими техническими средствами в условиях возможного влияния электромагнитных помех, не создавая при этом недопустимых помех другим средствам. Проблема ЭМС источников и систем электропитания стала особенно острой с появлением и широким внедрением цифровых методов обработки информации в оборудовании связи. Кроме того, в последние годы развитие радиоэлектронных систем увеличенной функциональной и элементной сложности ускоряется вследствие больших успехов в миниатюризации элементной базы. Успехи полупроводниковой электроники привели также к снижению потребляемой аппаратурой мощности, энергетических уровней информационных сигналов и увеличению различного рода входных и выходных сопротивлений элементов. Очевидно, что такие электрические цепи чрезвычайно восприимчивы к воздействию различных помех.

Можно выделить два основных вида источников помех, влияющих на работу аппаратуры связи: внешние устройства коммутации силовых токов и напряжений систем электропитания (ВИП), включая внешние воздействия типа грозы или ядерного взрыва и сами источники вторичного электропитания, имеющие в своем составе полупроводниковые приборы, которые переключают токи и напряжения с очень большими скоростями за малое время коммутации. Помехи ВИП вызваны большими скоростями коммутации токов и напряжений полупроводниковых приборов (транзисторов и выпрямительных диодов) в импульсных стабилизаторах и преобразователях. Импульсные помехи возникают и в низкочастотных выпрямителях, в частности использующихся для выпрямления переменного напряжения синусоидальной формы 220 В, 50 Гц. При использовании современной элементной базы в ВИП скорости переключения тока и напряжения достигают соответственно 200…500 А/мкС и 100…800 В/мкС при изменении соответственно тока от 0 до 2…10 А и напряжения – до нескольких сотен вольт. Верхняя граница частотного спектра помех достигает единиц- десятков мегагерц.

Помехи влияют не только на работу аппаратуры связи (потребителей ВИП), но и определяют работоспособность самих ВИП. Их маломощные схемы управления содержат в своем составе аналоговые и импульсные преобразователи информации, конструктивно расположенные в непосредственной близости от силовых переключателей энергии, силовых транзисторов и выпрямительных диодов.

Для повышения помехоустойчивости аппаратуры, питаемой от ВИП, цепи питания соединяют с корпусом прибора (землей) через конденсаторы сравнительно небольшой емкости (десятые доли, единицы микрофарад) на входе и выходе источника. В этом случае применяют проходные конденсаторы, например типа К10-44 цилиндрической формы с центральным выводом, предназначенным для пропуска проводника с током. Существует большая номенклатура специальных проходных CLC- фильтров, в том числе и малогабаритных, обеспечивающих значительное затухание сигнала помехи в широком диапазоне частот. Электрическая изоляция корпусов приборов и систем от элементов схемы обусловливает наличие двух видов высокочастотных помех, наводимых на соединительных проводниках или печатных дорожках электронных приборов и ВИП. Первый вид – дифференциальное напряжение помехи. Такой сигнал измеряется между двумя соединительными проводниками, сигнальным проводником и общим полюсом или между двумя шинами питания ВИП. Второй вид – синфазное напряжение помехи. Этот сигнал измеряется между корпусом прибора (землей) и любым соединительным проводником (шиной питания ВИП).

Рассмотрим эти помехи на примере схемы однотактного преобразователя напряжения с внешним управлением, где VT – силовой транзистор, T – силовой трансформатор преобразователя, выходная обмотка которого через выпрямительный диод VD соединена с фильтрующим конденсатором С и нагрузкой (UН.). На входе источника первичного напряжения питания включен другой фильтрующий конденсатор – CП. Конденсаторы C и C на входе ВИП эквивалентны проходным конденсаторам. Конденсаторы C и C установлены на выходе. Конденсаторы CВ, C и C учитывают межвитковую емкость первичной обмотки силового трансформатора T и, соответственно, его межобмоточные емкости. Емкости CВ, C и C являются распределенными, их точный количественный учет при расчете помех затруднен и сложен. Для уменьшения синфазной помехи необходимо увеличивать емкости конденсаторов C и C. Увеличение емкости C и C , Сприводит, при прочих равных условиях, к увеличению синфазной помехи. Отсюда следует, что установка проходных конденсаторов большой емкости только на входных шинах ВИП приводит к увеличению напряжения синфазной помехи. Поэтому обязательной является установка аналогичных конденсаторов и на выходе ВИП. Уменьшение межобмоточных емкостей Си С приводит к снижению уровня помех. Если С = 0, то синфазное напряжение помехи на отрицательной шине питания тоже равно нулю. Это же относится и к другой составляющей синфазной помехи. Реализация этого условия достигается введением экрана Э между обмотками трансформатора Т и подключением его к корпусу прибора.

Наиболее радикальным средством уменьшения помех внутри электронных приборов или ВИП является их подавление в местах возникновения. Существует несколько функциональных источников помех в ВИП: выпрямительные диоды, транзисторные ключи; трансформаторы и дроссели. Рассмотрим меры, которые целесообразно применять для снижения уровня помех перечисленных генераторов.

Наличие инерционности полупроводниковых диодов приводит к появлению кратковременного короткого замыкания первичной сети через все одновременно открытые диоды выпрямителя и наличие нулевого значения напряжения на выходе устройства на интервале времени рассасывания зарядов (tр). Резкое запирание выпрямительного диода приводит к появлению высокочастотных колебательных процессов, частота которых определяется паразитными емкостями диодов, ёмкостью монтажа, соединительных линий и их индуктивными составляющими. Временные диаграммы иллюстрируют работу выпрямителя, когда период частоты переменного напряжения сети соизмерим с интервалом времени tр, что может иметь место в высокочастотных преобразователях с синусоидальным напряжением.

Если рассматривать работу выпрямителя на наиболее распространенную в ВИП нагрузку – емкостную, то дополнительные помехи связаны с несинусоидальной формой тока через диоды. При этом длительность протекания тока через каждый из выпрямительных диодов меньше, чем при работе на активную нагрузку. С уменьшением уровня пульсаций выходного напряжения выпрямителя длительность открытого состояния диодов уменьшается, а амплитуда тока через них возрастает, что приводит к увеличению высокочастотных помех.

Наиболее распространенным методом снижения помех является искусственное снижение частоты паразитных колебаний. Для этого подключают параллельно каждому из диодов моста конденсаторы емкостью в несколько нанофарад, что снижает резонансную частоту паразитного контура в несколько десятков – сотен раз. Если учитывать индуктивные составляющие сопротивления подводящих питающих цепей выпрямителя, то снижение уровня помех можно достичь включением параллельно входным выводам моста аналогичного конденсатора. Наиболее универсальным и более рациональным способом снижения уровня помех является одновременное уменьшение частоты собственных колебаний паразитного контура и принудительное уменьшение добротности. Это реализуется заменой конденсаторов на последовательные RC- цепи. Оптимальное значение сопротивления резисторов этих цепей определяется условиями максимально возможного снижения добротности и достижением требуемой минимальной резонансной частоты паразитного контура. Сопротивление резистора измеряется единицами – десятками Ом и зависит от мощности выпрямителя.

Существует и другой способ снижения частоты паразитных колебаний, который обеспечивает уменьшение амплитуды импульса тока IДСm . Он заключается в искусственном увеличении индуктивной составляющей сопротивления подводящих проводников с помощью нанизывания ферритовых колец малого диаметра непосредственно на выводы выпрямительного диода. При этом возрастает длительность интервала спада тока через запирающийся диод, что вызывает понижение верхней границы частотного спектра помехи.

Наличие в импульсных источниках электропитания индуктивных элементов: трансформаторов и дросселей, перемагничивание которых осуществляется на высокой частоте, обусловливает появление вблизи них магнитных полей рассеяния, которые могут наводить в близлежащих электрических контурах соответствующие токи или напряжения. Наименьшими полями рассеяния обладают трансформаторы с сердечниками тороидальной конструкции ввиду замкнутости магнитного потока внутри трансформатора (дросселя). Влияние полей рассеяния может быть ослаблено рациональным пространственным расположением трансформатора относительно печатных плат (дорожек) или соединительных проводов схемы управления ВИП.

Для снижения уровня помех, наводимых в первичную сеть и в цепь нагрузки, на входе и выходе ВИП используются следующая базовая схема помехоподавляющего фильтра. Проходные конденсаторы C1 и C2 предназначены для подавления синфазной составляющей помехи, а дроссели L1 и L2 благодаря встречному включению обмоток и наличию конденсатора C3 снижают дифференциальную составляющую помех. Дроссели L3, L4 уменьшают синфазную составляющую, так как их обмотки включены согласно, а конденсаторы C4…C6 подавляют обе составляющие помехи.

При наличии в единой электросистеме многих ВИП с импульсным преобразованием энергии установка таких фильтров обязательна, так как они ослабляют влияние ВИП друг на друга по первичной сети и уменьшают влияние помех на электронные устройства. Применение входных фильтров совместно с другими мерами подавления помех дает возможность существенно увеличить проходное сопротивление импульсного ВИП, как функционального узла, не только генерирующего помехи, но и пропускающего их через себя. В частности, предложена установка электростатических экранов с изолирующими прокладками между обмотками или применение специальных типов обмоток трансформаторов.

 

Контрольные вопросы

  1. Назовите источники помех.
  2. Виды кондуктивных помех.
  3. Поясните схему помехоподавляющего фильтра.

 

Вопросы тестового контроля

  1. Основными источниками помех являются

а) импульсные источники вторичного электропитания;
б) электролитические конденсаторы;

в) внешние коммутационные устройства;

г) параметрические стабилизаторы.

Ответ: а, в

2. При работе входного неуправляемого выпрямителя на … нагрузку с уменьшением уровня пульсаций выходного напряжения выпрямителя длительность открытого состояния диодов уменьшается, а амплитуда тока через них возрастает, что приводит к увеличению высокочастотных помех.

Ответ: емкостную

3. Для повышения помехоустойчивости аппаратуры, питаемой от источников вторичного электропитания, цепи питания соединяют с … через конденсаторы сравнительно небольшой емкости на входе и выходе источника.

Ответ: корпусом прибора (землей)

4. К проходным конденсаторам цилиндрической формы относятся

а) К15 – 5

б) СТС - 05RA

в) К50 – 35

г) К50 – 46

д) К10 – 44

Ответ: д

5. Что является причиной кратковременного наличия нулевого значения напряжения на выходе и короткого замыкания первичной сети через все одновременно открытые диоды однофазного мостового выпрямителя в импульсном источнике вторичного электропитания

а) высокое быстродействие диодов;

б) разные динамические сопротивления диодов;

в) инерционность диодов;

г) характер нагрузки.

Ответ: в

6. Какие два вида кондуктивной помехи имеют место в импульсных источниках электропитания

а) синфазное напряжение помехи;

б) коммутационные помехи;

в) электромагнитные помехи;

г) акустический шум;

д) дифференциальное напряжение помехи.

Ответ: а, д

7. Для подавления какого вида помехи в схеме фильтра служат конденсаторы C1 и C2 ?

а) синфазного напряжения помехи;

б) коммутационных помех;

в) электромагнитных помех;

г) акустического шума;

д) дифференциального напряжения помехи.

Ответ: а

 

8. Для подавления какого вида помехи в схеме рисунка служат дроссели L1 и L2 и конденсатор C3 ?

а) синфазного напряжения помехи;

б) коммутационных помех;

в) электромагнитных помех;

г) акустического шума;

д) дифференциального напряжения помехи.

Ответ: д

 

9. Для подавления какого вида помехи в схеме рисунка служат дроссели L3, L4 ?

а) синфазного напряжения помехи;

б) коммутационных помех;

в) электромагнитных помех;

г) акустического шума;

д) дифференциального напряжения помехи.

Ответ: а

10. Для подавления какого вида помехи в схеме рисунка служат конденсаторы C4…C6 ?

а) синфазного напряжения помехи;

б) коммутационных помех;

в) электромагнитных помех;

г) акустического шума;

д) дифференциального напряжения помехи.

Ответ: а и д

к оглавлению


Знаете ли Вы, что такое "Большой Взрыв"?
Согласно рупору релятивистской идеологии Википедии "Большой взрыв (англ. Big Bang) - это космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной, а именно - начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии. Обычно сейчас автоматически сочетают теорию Большого взрыва и модель горячей Вселенной, но эти концепции независимы и исторически существовало также представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва. Именно сочетание теории Большого взрыва с теорией горячей Вселенной, подкрепляемое существованием реликтового излучения..."
В этой тираде количество нонсенсов (бессмыслиц) больше, чем количество предложений, иначе просто трудно запутать сознание обывателя до такой степени, чтобы он поверил в эту ахинею.
На самом деле взорваться что-либо может только в уже имеющемся пространстве.
Без этого никакого взрыва в принципе быть не может, так как "взрыв" - понятие, применимое только внутри уже имеющегося пространства. А раз так, то есть, если пространство вселенной уже было до БВ, то БВ не может быть началом Вселенной в принципе. Это во-первых.
Во-вторых, Вселенная - это не обычный конечный объект с границами, это сама бесконечность во времени и пространстве. У нее нет начала и конца, а также пространственных границ уже по ее определению: она есть всё (потому и называется Вселенной).
В третьих, фраза "представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва" тоже есть сплошной нонсенс.
Что могло быть "вблизи Большого взрыва", если самой Вселенной там еще не было? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 23.11.2020 - 09:52: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
23.11.2020 - 09:51: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
23.11.2020 - 09:51: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
22.11.2020 - 18:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
22.11.2020 - 18:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Николаевича Боглаева - Карим_Хайдаров.
22.11.2020 - 17:42: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
22.11.2020 - 17:15: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Александра Флоридского - Карим_Хайдаров.
22.11.2020 - 16:31: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
21.11.2020 - 23:42: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
21.11.2020 - 21:05: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
21.11.2020 - 21:04: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от проф. В.Ю. Катасонова - Карим_Хайдаров.
21.11.2020 - 18:49: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution