20

主题

0

好友

1803

积分

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
114704
帖子
4545
精华
2
经验
1803 点
金钱
1544 ¥
注册时间
2009-6-28
发表于 2010-7-11 15:59 | 显示全部楼层
看不清图可以点击放大看大图,10楼已经补充了,纹波形成机理,和400hz航电电源的一些认识与分析,谢谢

————————————————————————————————————————————————————————


经历了一场投诉风波,今天静下心来,看了下论坛的帖子 回想下最近的自己的发帖,确实水了点,混到这个级别还对论坛新坛友没做啥抛砖引玉的指导,正好发现一文 “电容加大法”,正好自己现在也在做数控电源,电路模型中曾经有过这么一块内容,所以想写点东西给我们广大的坛友,各位坛友如果觉得讲得还可以,蛮烦顶一下,给更多的坛友看看,如果斑竹觉得好,也请加个精,说笑了,下面开始正题 。

“电容加大法”确实不是一个新鲜的概念,而当我们追问加大电容的目的是什么,肯定是“滤波”,好首先我们来看一下“滤波”二字是怎么定义的,

滤波——故名思意是滤除一些杂波。我们常用的三种整流电路 半、全、桥三种整流方式带有很大的脉动成分,而为了得到接近理想直流的电源,我们必须去尽可能的消除该脉动成分,并保持原有的直流成分,这就是滤波的定义。

常见的滤波器件有电容,电感以及衍生产物,常见的滤波电路有电容滤波,电感滤波,以及其他混合衍生方式,

下面首先抛砖引玉介绍电容滤波电路
建立一个 频率为50hz 峰值为20v的交流电压源 如图示
1.jpg

引入桥式整流,可见被二极管切割过的脉动直流 脉动直流频率为输入频率的两倍 即100hz
2.jpg

加入滤波电容,理论上的值应该为(20-0.7-0.7)v的直流
3.jpg

感觉波形还不错吧,呵呵,主要是没加负载,同时电容也是理想的电容,没有漏电流,
电源也没有内阻,加入一个10R的电阻负载看看
4.jpg

加了一个负载后,由于负载电流很大 电源产生了很大纹波,再来看看fft的全频域傅里叶分析吧
5.jpg

如图所示,尖峰脉冲都是由50hz市电整流后形成脉动直流所引出的100hz纹波噪声,
以及它的多次谐波,可见100hz,200hz 等等
再让我加大电容容量再来一试。在其他条件不变的情况下,仅把电容加大十倍
6.jpg

明显纹波小了很多,再来看一下fft图的变化
7.jpg

虽说谐波干扰不可避免,但观察其主要干扰,100hz,200hz谐波分量明显减少。大电容滤波效果显而易见。

综合以上几个实例仿真分析,得出下列结论
1加了电容  电源输出端的 直流成分提高了
2加了电容,电源输出端的 脉动成分降低了
3电容放电常数(t=RL*C)越大,脉动成分小,滤波效果好,
由此展开两句 为了加大电容放电常数t ,可以加大RL 即加大负载电阻,也可以加大电容容量C
由此可以推论 电容容量越大效果越好(极限情况,电容容量无穷大),
负载电阻越大,效果越好,(极限情况可将RL变得无穷大,即电源输出端开路,电路空载如上溯一图),等效于负载电流越小,滤波效果越好,所以电容滤波适合负载电流小的较小场合使用,外特性较软
4全,桥整流下,实际情况一般以RL*C》=(3-5)T/2  (T为市电“周期”)具体不展开分析,牵涉的知识点太多了,望理解
可以依据此公式来挑选电容,达到电容量不浪费目的


最基础的c滤波的认识我已经写完了,如果有问题,还请各位坛友指正,
另 这个目的是给初级烧友看的,讲的比较慢,比较细,也请各位高手见谅,

评分

参与人数 7经验 +100 威望 +1 HD币 +100 贡献值 +3 收起 理由
wzy728 + 100 二级精华
hzr917064 + 20 + 1 + 1
明9002 + 10 好文章~!
scooby + 20 精品文章
Dulcet + 2 受教

查看全部评分

20

主题

0

好友

1803

积分

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
114704
帖子
4545
精华
2
经验
1803 点
金钱
1544 ¥
注册时间
2009-6-28
 楼主| 发表于 2010-7-11 16:00 | 显示全部楼层
PI滤波,
什么是PI滤波?
简单的 最直观的讲就是CRC或者CLC滤波,两个c中间,加了一个R(L)

在前次基础上我先来谈谈CRC滤波,为了体现该种滤波的效果我先构建由两个电容并联构成的c型滤波,
依照前次惯例,给出负载的电压,电流波形图,已经两种波形的FFT图
如下
8.jpg

9.jpg

依旧可见100hz的杂波分量较大以及其谐波分量 该例仅作对比参考使用。

加了一个1R的电阻的,形成了CRC滤波电路 不多说,先来看图再来分析
10.jpg

11.jpg

CRC与CLC(该电路之后会详细讲)相比,电路有一定的压降这是为什么呢?
我们来简单的改一下电路排布 将R2改变一下位置,大家再看,显而易见了是吧
12.jpg

负载R1两端的电压,占总电源的比例应为R1/(R1+R2),而再看虚线框内器件电路,R2与C2构成的是一个典型的无源积分电路 具体我就不再演算了,自己可以查无源积分电路来计算
通过该种电路起到二次滤波效果,较之前的C滤波,效果好很多

很纠结,要不要直接给出公式,想想还是直接给出吧,论坛的文本模式,视乎不能够使用word公式编译器,

二级滤波输出电源的脉动系数S2=【1/(w*C2*R)】*S1(一级滤波脉动系数)R=R1//R2
w为角频率,在固定值下,C2,R越大,脉动系数越小,
意味着R1,R2,C2越大,滤波效果越好

R2大了,则压降较大,R1大了,则输出电流小了。证明CRC输出特性较软,不适合大电流使用环境

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
CRC滤波更新完毕

20

主题

0

好友

1803

积分

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
114704
帖子
4545
精华
2
经验
1803 点
金钱
1544 ¥
注册时间
2009-6-28
 楼主| 发表于 2010-7-11 16:00 | 显示全部楼层
有源滤波 又称电子滤波(电容放大)

CRC滤波为了取得良好的滤波效果往往在第二级滤波时电容取得比较大,但由此带来一个问题就是,
电容大了,电容的体积也大了,重量也大了,价格也贵了,在此前提下能否通过一个方法来替代或者改善这种情况吗,
用有源滤波 又称电子滤波(电容放大),同上图虚线框内所示,将第二级滤波改成如下所示 就成了有源滤波
先看图,在发言
13.jpg

如图所示,负载电阻R1接在三极管的射极回路滤波器件 R2 C2接在基极回路由此可见
流过R2的电流比流过R1的电流,小1+β倍 即IR1=(1+β)*IR1
因此,此时可以使用较大的R2与C2配合 获得良好的滤波效果,以使得C2端的脉动成分减小,
由于输出电压与电容C2两端的电压基本相等,(该种接法相当于三极管三种接法中的设计输出器,呈现跟随关系,)
因此 输出电压的脉动成分 也会很小,滤波效果会非常的好

或者从电压输出端的网络看进去,将基极回路的R2C2折算到射极回路里,
相当于R2减小了(1+β)而C2却增大了(1+β)倍 ,

有源滤波使用了较大的电阻和较小的电容 达到了大电阻大电容所能达到的滤波效果,
不失为一种很好使用方式,但仍然存在同CRC的弊端 输出特性比较软,不太适合大电流的使用环境
一级3055可能不能达到电流需求 还可以选用多级放大的,增加驱动能力,适当缓解上溯的缺陷
14.jpg

——————————————————————————————————————————————————--
有源滤波更新完毕

20

主题

0

好友

1803

积分

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
114704
帖子
4545
精华
2
经验
1803 点
金钱
1544 ¥
注册时间
2009-6-28
 楼主| 发表于 2010-7-11 16:01 | 显示全部楼层
纯电感滤波如图示
桥式整流之后,串入一个电感,为了演示,示例中加了一个30mH的电感
同上先看图,看完图分析
15.jpg
如图所示,蓝色是电感之前的电压波形,绿色是电感之后测量的电压波形

首先介绍下电感,简单的大分类 分为两类 一,空心电感 二 实心电感,
前者属于无介质的,后者属于有介质的(介质的种类很多,比如硅钢片,铁氧体,磁罐等等)
加了介质,可以在单位体积下,提供电感量、

至于按照功用分量太多的,色环电感,磁珠电感,工字电感………,数不胜数就不扩展了


电感作为一种储能器件,它是怎么工作的呢,首先要复习一下“楞次定律”(应该没记错)
定律简单的来描述—— 对于流过电感的电流,因为电流磁效应,造成一种“增逆减同”效果,
当电流增大的时刻,电感产生逆向电动势,阻碍电流的增加,
同理,当电流减小的时刻,电感产生同向电动势,阻碍电流的减小,
具体的参数公式还请上网查找一下,公式编辑器用不了,打不上论坛

从图上蓝绿两线分析,读取同一纵坐标,很容易分析出,上溯定律,

由于电感的交流阻抗很大,而直流阻抗很小,,意味着直流分量在流过电感后基本没有损耗,
而损耗的仅仅是交流分量,所以,L值越大越大(L大,楞次效应明显),RL越小(电流强度大了,楞次效应明显),
整体的滤波效果明显,该种滤波,输出特性比较硬,适宜大电流场合,并且由于楞次效应,
有效的延长了二极管的导电角,保护了二极管受大电流的冲击。

16.jpg
加大10倍L

17.jpg
减小10倍负载
效果效果一致,都比之前的好,验证了上溯观点

________________________________________________________________________________
纯L滤波分析完毕

20

主题

0

好友

1803

积分

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
114704
帖子
4545
精华
2
经验
1803 点
金钱
1544 ¥
注册时间
2009-6-28
 楼主| 发表于 2010-7-11 16:01 | 显示全部楼层
LC滤波电路
给出电路图
18.jpg
LC滤波电路特点就是在负载R1上再并上一个电容C1,但这个L与C有一定的关系,
L太小可能突出其电容滤波特性,忽略其L特性,这个不是我们所想看到的,
一般我们选择的理由是 R1<3*w*L,而C1应该满足,1《R1*w*C1,
w为交流电源的角频率,

涉及到fft函数,我就直接给出公式了脉动系数S=【1/(w*w*L*C)】*s
小“s”为初始脉动系数,为固定值,全波或者桥式整流电路小“s”=0.67

如图示,绿色为L之前,脉动直流明显,蓝色为L之后,引入LC滤波,
整个系统由于LC均有时延作用,整个系统呈现阶跃响应,
有兴趣的坛友可以计算时域上的传递函数

纯L与LC滤波 由于L的“楞次效应”,整流管导电角均变大,
且由于L的直流阻抗小,外特性较硬,适宜大电流场合使用,


CLC滤波,在LC滤波前加入一个C型滤波,即将小“s”进行C型滤波处理,得新的小“s”

效果比LC来的更加的明显,阶跃响应更接近完美

具体就不再展开分析了(只要分成C+LC分析就可以的)
见图
19.jpg
————————————————————————————————————————————————————
全文更新完毕,也请各位高手查一下错误,没有的话,我就贴一个本文的word文档上来,供大家收藏了,另外我会在十楼补充一些内容,回答一些问题
头像被屏蔽

29

主题

2

好友

726

积分

禁止发言 当前离线

UID
58358
帖子
1061
精华
2
经验
726 点
金钱
697 ¥
注册时间
2008-10-13
发表于 2010-7-11 16:04 | 显示全部楼层
楼主慢写,我在下面仔细的来看。

10

主题

1

好友

364

积分

业余侠客 当前离线

Rank: 4

UID
8501
帖子
309
精华
0
经验
364 点
金钱
283 ¥
注册时间
2006-4-9
发表于 2010-7-11 17:33 | 显示全部楼层
支持楼主传播基础知识。

0

主题

0

好友

783

积分

职业侠客 当前离线

Rank: 5Rank: 5

UID
99170
帖子
1556
精华
0
经验
783 点
金钱
793 ¥
注册时间
2009-4-24
发表于 2010-7-11 18:36 | 显示全部楼层
支持楼主
菜鸟福音啊

0

主题

0

好友

110

积分
     

论坛游民 当前离线

Rank: 3Rank: 3

UID
180289
帖子
167
精华
0
经验
110 点
金钱
110 ¥
注册时间
2010-3-11
发表于 2010-7-11 18:47 | 显示全部楼层
支持楼主传播知识。

20

主题

0

好友

1803

积分

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
114704
帖子
4545
精华
2
经验
1803 点
金钱
1544 ¥
注册时间
2009-6-28
 楼主| 发表于 2010-7-11 19:59 | 显示全部楼层
使用电容滤波电路,如輸入交流是 400Hz,是否紋波會比 50Hz 少 8 倍?
simon62 发表于 2010-7-11 23:05


回大侠话,依旧先上一个参考图,如下 50hz市电
4.jpg
5.jpg

改动为400hz航电,请再看
20.jpg
21.jpg
引入了800hz的脉冲直流,主要尖峰出现在800hz
查阅其频率分量明显小于-10db,而之前的主干扰100hz则大于0db,显而易见提高电源频率有效减小纹波,


来理论分析下
首先介绍下频率和功率的关系 看图
22.jpg
测左侧50hz电源,仿真周期100ms,为5个正弦波周期。IR2,VR2都为5个周期,
而功率等于UI,功率突表为10个周期,

23.jpg
400hz电源,IR1 40个正弦波周期,VR1 40 正弦波周期,功率80个正弦波周期,

24.jpg
将两幅功率合并在一起,大家肯定知道,波形所包络的面积,就是功率,可以根据高等数学,
积分计算两种波形面积 面积是一样的,也就是平均功率是一样的
注意 这里的负载特性是纯阻的,只消耗有功功率,所以频率和功率没有关系,
要是有了电容或者电感,负载的电压和电流 就不会同步了,会有一定的超前和落后,
这样一来,除了消耗有功功率外,还带有无功功率的消耗
电容消耗无功:Qc=2*3.14*f*U*U*C
电感消耗无功:Ql=U*U/(2*3.14*f*L)

那400hz的电源优势在哪呢,首先介绍下纹波的形成机理
25.jpg
电荷容量,Q=CU,
50hz, IR2,你可以理解为电容的充放电状态,
注意白框内,尖峰的左侧,整流后的脉冲直流(绿色),电压U在不断的上升,电容在充电
当然此时也在对负载放电,补充进来的电荷大于释放出去的电荷,负载两端电压上升,并且慢慢达到峰值

过了脉冲直流峰值后,虽说也在充电,但U在下降,电容量Q下降,同时对负载放电,
补充来的电荷已经不能满足释放出去的电荷,负载两端电压下降了

这样一来负载两端电压出现了抖动形成了 纹波,
加大电容容量 充电慢,放电也慢,把这种抖动的波形拉的很长,频率很低,接近于0,就近似于直流的

400hz电源 由于频率高,整出来的脉动直流频率很高,还没等你电容有明显的Q值下降,
它又给你补充上了,这样一来,负载两端电压就变得不明显了,见下图验证
26.jpg

2

主题

0

好友

1732

积分

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
32134
帖子
1645
精华
0
经验
1732 点
金钱
1667 ¥
注册时间
2007-12-13
发表于 2010-7-11 20:05 | 显示全部楼层
生动~

20

主题

0

好友

1803

积分

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
114704
帖子
4545
精华
2
经验
1803 点
金钱
1544 ¥
注册时间
2009-6-28
 楼主| 发表于 2010-7-11 20:19 | 显示全部楼层
感谢ls几位朋友鼓励,打字比较慢,所以只能不定时更新了
头像被屏蔽

413

主题

3

好友

2756

积分

禁止发言 当前离线

UID
16477
帖子
7165
精华
0
经验
2756 点
金钱
2423 ¥
注册时间
2006-12-26
发表于 2010-7-11 21:08 | 显示全部楼层
对有源滤波有兴趣

58

主题

4

好友

1791

积分
     

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
57679
帖子
4598
精华
0
经验
1791 点
金钱
1888 ¥
注册时间
2008-10-9
发表于 2010-7-11 21:23 | 显示全部楼层
很多年以前,大容量的高电压的滤波电容难以生产,就弄出了很多LC滤波,还有电子滤波这些,不过现在的生产工艺提高了,电容已经不不是问题,晶体管生产技术也提高了,成本也下降了,现在讲究的高效低排,电源走向高频开关电源是必定的。最明显的就是电脑586年代以前,主板CPU供电模块还有用线性稳压电源的,之后的都是开关电源了;还有这几年,连电焊机都不用传统的工频变压器了,改做用高效的开关电源了;同样的还有电脑用的UPS也是改用高频的了。所以楼主要介绍,就要弄点新潮内容。

8

主题

0

好友

288

积分

业余侠客 当前离线

Rank: 4

UID
98852
帖子
1206
精华
0
经验
288 点
金钱
308 ¥
注册时间
2009-4-23
发表于 2010-7-11 21:35 | 显示全部楼层
路过学习

20

主题

0

好友

1803

积分

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
114704
帖子
4545
精华
2
经验
1803 点
金钱
1544 ¥
注册时间
2009-6-28
 楼主| 发表于 2010-7-11 21:36 | 显示全部楼层
很多年以前,大容量的高电压的滤波电容难以生产,就弄出了很多LC滤波,还有电子滤波这些,不过现在的生产工艺提高了,电容已经不不是问题,晶体管生产技术也提高了,成本也下降了,现在讲究的高效低排,电源走向高频 ...
夜机 发表于 2010-7-11 21:23


你好,大侠,我这个是写给初哥看的,可能不太适合你的水平,不过很欢迎你来补充,也很高兴你提出意见,根据你的建议我会在之后的内容中补充一点400hz航电的知识点

22

主题

0

好友

1437

积分

侠之大者 当前离线

山大王

Rank: 6Rank: 6

UID
175472
帖子
1701
精华
0
经验
1437 点
金钱
1418 ¥
注册时间
2010-2-22
发表于 2010-7-11 21:56 | 显示全部楼层
关键在这里都玩功放啊,功放要好效果好像只能用线性电源。所以开关电源后面再介绍吧。呵呵

3

主题

1

好友

80

积分
     

论坛游民 当前离线

Rank: 3Rank: 3

UID
205578
帖子
185
精华
0
经验
80 点
金钱
77 ¥
注册时间
2010-5-27
发表于 2010-7-11 22:02 | 显示全部楼层
摘录下来了,收藏了,感谢。

20

主题

0

好友

1803

积分

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
114704
帖子
4545
精华
2
经验
1803 点
金钱
1544 ¥
注册时间
2009-6-28
 楼主| 发表于 2010-7-11 22:03 | 显示全部楼层
关键在这里都玩功放啊,功放要好效果好像只能用线性电源。所以开关电源后面再介绍吧。呵呵
hillking 发表于 2010-7-11 21:56

你的理解可能有些错误,我们市电工频是50hz,而航空器材用电都是工频400hz的(比如航空发电机),该种做法的目的就是 加大能量密度,固定周期里,携带更多的能量,减小器械的体积 我所说的航电400hz并不涉及开关电源范畴

另外上溯全部都是线性电源的应用

20

主题

0

好友

1803

积分

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
114704
帖子
4545
精华
2
经验
1803 点
金钱
1544 ¥
注册时间
2009-6-28
 楼主| 发表于 2010-7-11 22:11 | 显示全部楼层
今日就写C的三个部分,明日写L滤波的三个部分
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

Powered by Discuz! X3.4

© 2001-2012 Comsenz Inc.

返回顶部