Меню

Защита от наводок по питанию

Подавление помех от импульсных источников питания

Импульсные блоки питания в большинстве случаев создают основную электромагнитную «пелену» помех в полосе частот 1. 100 МГц, т. е. во всех КВ-диапазонах и в начале УКВ. Дело осложняется и тем, что число таких блоков исчисляется сегодня десятками в одном жилище (компьютеры, мониторы, освещение, различные зарядные устройства и т. п.) и сотнями в одном доме — в ближней зоне КВ-антенны любительской радиостанции.

Даже если предположить идеальный случай — соответствие нормам на паразитное излучение всех близлежащих блоков питания, то сумма нескольких десятков паразитных полей явно будет выше нормы. И в своём КВ-приёмнике вы услышите массу паразитных сигналов, которые, по нерушимому закону «падающего бутерброда», окажутся на частоте DX. В реальности же среди десятков окружающих вас импульсных блоков питания найдутся и те, в которых фильтрация помех сделана плохо, а то и вовсе отсутствует. Один такой блок может закрыть возможность приёма во всей полосе КВ в радиусе десятков метров. Поэтому важно знать, как подавлять паразитное излучение кабелей импульсного блока питания, чтобы правильно дорабатывать существующие устройства и выбирать новые.

На рис. 1 приведена упрощённая схема импульсного блока питания. Точнее, узел преобразования напряжения показан предельно упрощённо, а вот цепи подавления помех, наоборот, полностью. И общий случай питания — от трёхпроводной (с отдельным проводом электротехнического заземления) розетки.

Рис. 1. Схема импульсного блока питания

Дроссели L1 и L2 подавляют синфазные помехи, идущие от блока питания и подключённого к нему устройства (например, трансивера с антенной) в сетевой провод и далее в линии электропитания. Обмотки дросселя L1 обычно имеют индуктивность около 30 мГн. Это основные элементы подавления помех в питающей сети. Поэтому они должны быть качественными и обладать высоким импедансом во всей подавляемой полосе, начиная от частоты переключения транзистора блока питания (десятки-сотни килогерц) до нескольких мегагерц.

А в ответственных случаях (чувствительные приёмники и их антенны рядом) — до десятков-сотен мегагерц. Один дроссель это сделать не может. Поэтому в таких случаях последовательно с L1 и L2 включают такие же дроссели, но с индуктивностью в 50. 500 раз меньшей, чем указано на рис. 1. Эти дополнительные дроссели должны иметь высокую собственную резонансную частоту, чтобы эффективно подавлять верхние частоты требуемой полосы.

Конденсатор С1 подавляет низкочастотные дифференциальные помехи, идущие от блока питания в сеть. Высокочастотные синфазные помехи подавляют керамические конденсаторы малой ёмкости С2 и С3, включённые параллельно С1.

Но это не единственная функция С2 и С3. Они также замыкают синфазную составляющую импульсов переключения на корпус устройства.

Разберёмся с этим подробнее. На стоке силового транзистора присутствуют прямоугольные импульсы с размахом около 300 В (выпрямленное и отфильтрованное напряжение сети) с частотой несколько десятков-сотен килогерц. Фронты этих импульсов короткие (меньше микросекунды). Во время этих фронтов ключевой транзистор находится в активном режиме и греется, поэтому фронты стараются сделать короче. Но это расширяет полосу создаваемых помех. И всё равно в мощных блоках питания транзистор нагревается. Для охлаждения его закрепляют на теплоотводе, в качестве которого в некоторых случаях используют металлический корпус блока питания (про экранирование не забываем). Транзистор изолируют от корпуса прокладкой. Ёмкость стока на корпус может достигать нескольких десятков пикофарад.

А теперь посмотрим, что у нас получилось: транзисторный генератор прямоугольных импульсов с размахом 300 В через конденсатор в несколько десятков пикофарад (конструктивный между стоком охлаждаемого транзистора и корпусом устройства на рис. 1 показан штриховыми линиями) подключён к корпусам и блока питания, и питаемого им устройства. Мы считаем, что это корпус с нулевым потенциалом, а на самом деле там протекает большой ВЧ-ток через конструктивную ёмкость теплоотвода. Это приведёт к появлению большого синфазного тока (а значит, и помех) на корпусах всех устройств, подключённых к нашему источнику питания.

Чтобы такого не было, установлены конденсаторы C2 и С3. Фронты импульсов со стока транзистора, просочившиеся через конструктивную ёмкость теплоотвода, через эти конденсаторы и диоды моста (точнее, через диод, открытый в данный момент) замыкаются на исток транзистора. Этот путь для них оказывается проще, чем синфазно растекаться по корпусам.

Но проблемы с высоковольтными короткими фронтами импульсов на стоке силового транзистора не заканчиваются с установкой конденсаторов С2 и С3. Есть ещё одна паразитная ёмкость — между обмотками трансформатора (тоже показана на рис. 1 штриховыми линиями). Через неё импульсы тока поступают в выходную цепь блока питания. Сразу в оба провода, т. е. как синфазная помеха. Конденсатор С4 замыкает эти токи на исток транзистора, создавая им более лёгкий путь для протекания.

Конденсаторы С2-С4 оказываются включёнными между безопасными для человека цепями (выходами и корпусом источника) и силовой сетью 230 В. Для обеспечения безопасности людей номинальное напряжение этих конденсаторов делают очень высоким (несколько киловольт), а их конструкцию такой, чтобы в случае аварии они обрывались, а не замыкались. Конденсаторы, устанавливаемые на месте С2-С4, выпускаются как отдельный тип и называются Y-конденсаторами. Конденсаторы с маркировкой Y1 рассчитаны на импульсы напряжения до 8 кВ, Y2 — до 5 кВ.

С точки зрения подавления помех, ёмкость конденсаторов С2-С4 желательно иметь побольше. Но надо иметь в виду, что при двухпроводной сети (или обрыве провода заземления в трёхпроводной) выходы и корпус источника через конденсаторы С2-С4 оказываются соединёнными с сетевым фазным проводом. Поэтому их суммарная ёмкость должна выбираться так, чтобы ток частотой 50 Гц на корпус не превышал 0,5 мА (неприятно, но не смертельно). С учётом возможного максимального напряжения в сети, разброса, температурных уходов и старения получается не более 5000 пФ.

Читайте также:  Питание студентов при сессии

Рассмотрим теперь ошибки, допускаемые в фильтрации помех импульсных источников.

Иногда, для экономии, ставят только один из двух конденсаторов С2 или С3. Идея, на первый взгляд, кажется разумной: всё равно ведь они соединены параллельно через большую ёмкость конденсатора С1. Но на высоких частотах конденсаторы большой ёмкости совсем не являются коротким замыканием, а имеют заметный индуктивный импеданс. Поэтому такая экономия может привести к тому, что на десятках мегагерц (выше резонансной частоты С1, которая окажется невелика, поскольку это конденсатор большой ёмкости) заметно снизится подавление синфазного тока, протекающего на корпус.

Встречается отсутствие конденсатора С4 — или производитель решает, что можно С4 не устанавливать, так как в его трансформаторе ёмкость мала, или пытливый потребитель выкусывает, чтобы от источника не пощипывало током утечки 50 Гц через этот конденсатор. Внешними цепями эта проблема не лечится (хотя хороший внешний развязывающий дроссель по выходным цепям снижает остроту проблемы), надо ставить С4 на его законное место.

Отсутствие С2, С3 может быть допустимо, но только если выполняются все три следующих условия сразу: сеть двухпроводная, корпус блока питания не имеет контакта с корпусами питаемых устройств (пластмассовый, например), силовой транзистор установлен не на теплоотводе-корпусе. Если хотя бы одно из условий нарушено, С2 и С3 должны быть.

Установка перемычек вместо основного развязывающего дросселя L1 редко, но всё же встречается в дешёвых источниках плохих производителей. Экономят, видимо. Лечится это установкой нормального дросселя. В крайнем случае такой дроссель можно сделать, намотав сетевой шнур на большом ферритовом магнитопроводе.

Перемычка вместо L2 встречается, увы, часто, даже у приличных производителей. Видимо, полагают, что раз в двухпроводной сети этот дроссель не нужен (а там он действительно не требуется, току некуда течь), то без него можно обойтись и в трёхпроводной. Увы, нет, поскольку это открывает прямую дорогу в сеть для синфазных помех (и помех из сети на корпус). Исправляется установкой L2 в разрыв провода между разъёмом сети и платой. На худой конец допустим внешний дроссель на сетевом шнуре.

В завершение рассмотрим частую ошибку, которая относится не только к импульсным, но и ко всем блокам питания. Нередко слева (по рис. 1) от L1 устанавливают дополнительные конденсаторы, как показано на рис. 2. Они должны блокировать чужие помехи, идущие из сети в источник питания. Конденсатор С1 блокирует дифференциальные помехи и нам не мешает. А вот конденсаторы С2 и С3, замыкающие синфазные помехи в сетевых проводах на земляной провод, могут стать причиной соединения по ВЧ корпуса устройства и силовых (фазы и нуля) проводов сети. Это произойдёт, если среднюю точку С2 и С3 соединить с корпусом устройства, как показано штриховой линией красного цвета на рис. 2. Делать так нельзя (хотя печально, часто именно так и подключают). ВЧ синфазные помехи из сети пойдут через С2 и С3 на корпус устройства. И назад: синфазные токи устройства (например, трансивера с антенной) потекут в сеть. Правильное подключение средней точки С2 и С3 должно быть только к выводу заземления трёхпроводной розетки, но не к корпусу устройства, т. е. к левому выводу дросселя L2, как показано линией зелёного цвета на рис. 2.

Рис. 2. Схема блока питания

Если используется двухпроводная питающая сеть, то проверьте, нет ли в вашем блоке питания конденсаторов с проводов сети на корпус устройства. И если есть, удалите их, так как это прямая дорога для ВЧ синфазных токов из сети в ваше устройство и назад.

А если сеть трёхпроводная, то установите дроссель L2 между корпусом своего устройства и землёй сети (он разорвёт путь для синфазных токов между ними), а среднюю точку входных конденсаторов (С2, С3 по рис. 2) переместите на землю сети.

Сетевой фильтр, показанный на рис. 2 с конденсаторами С1-С3, является общим случаем для питания любых устройств, генерирующих радиочастотные помехи, например КВ-передатчиков.

Автор: Игорь Гончаренко (DL2KQ), г. Бонн, Германия

Мнения читателей

Николай / 27.02.2020 — 02:19

Исправьте в конце-концов фамилию автора на Гончаренко.

Перець / 16.03.2019 — 10:57

Нічого не запутано.На мал.1 С2 і С3 знаходяться після дросселя L1. А на мал.2 C2 і C3 знаходяться до дросселя L1. Тому і точка заземлення різна. P.S. Прізвище автора статті — Гончаренко, а не Гочарко.

Андрей / 15.05.2018 — 02:55

Запутанно как-то, на рис.1 С2,С3 идут на корпус прибора, а на рис.2 они идут землю. Как правильно?

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Источник

Защита от помех и наводок.

Тема раздела Полеты по камере, телеметрия в категории Cамолёты — Общий; Сори если тема уже обсуждалась. Прошу поделиться теорией и практикой участников, в первую очередь в аспекте OSD. Кто какие меры .

Читайте также:  Белковый бисквит диетическое питание
Опции темы

Защита от помех и наводок.

Сори если тема уже обсуждалась.
Прошу поделиться теорией и практикой участников, в первую очередь в аспекте OSD.
Кто какие меры реально применяет и каковы результаты.
1. Использование ферритовых колец. Какова физика, от чего в каких диапазонах защищают.
2. Использование экранированных кабелей. Для серв, сенсоров и тд и тп
3. Заземление экранов на модели. Какие правила.
4. Использование витых кабелей. Правильно ли понимаю, что сигналы не симметричные, по сему практического смысла нет.
5. Экранирование элементов. OSD, video Tx, Rx и тд
6. Принципа размещения элементов в модели. Понятно что чем дальше, тем меньше наводок. Что разносить наиболее критично.
7. Увеличение эффективности антенн на модели в различных диапазонах.
8. Симптомы взаимного влияния. Как проявляются на видео, в поведении аппаратуры и исполнительных элементов.

Список мер наверняка не полный.

Полностью поддерживаю! Тема не маловажная. У меня, например, после установки на модель OSD, значительно сократился радиус приема на управление (виной тому помехи, было что и на расстоянии в 200-300 метров сигнал почти пропадал(без телеметрии летал на 2,5-3 км без серьезных проблем)), — поменял немного компоновку, посадил на землю «экраны», пока еще не облетал. Можно сказать «шаманю» — будет результат или нет -неизвестно Буду признателен, если кто поделиться своим опытом, по части экранирования.

Как Вы правильно заметили, тема обсуждалась неоднократно, поэтому по-хорошему следовало бы послать Вас в поиск. Но учитывая грамотно сформулированные вопросы, попробую ответить.

1) Кольцо с намотанным на нем проводе является индуктивностью, задерживающей ВЧ наводку. При 3-5 витках кабеля вокруг 10-15 мм кольца ВЧ ферритов (или можно использовать ферритовую муфту), получается фильтр, эффективно работающий в полосе от нескольких мегагерц до ГигаГерц. Такие фильтры стоит ставить после ВЧ передатчика (в сторону камеры) или на кабелях подверженных ВЧ излучению. Кольца/муфты лучше ставить ближе к защищаемым элементам (приемнику РУ, камере и т.п.). Обязательно ставить кольцо/муфту на GPS приемник.
2) Экранировка помогает от перекрестных наводок кабелей, особенно когда силовые цепи (регулятор/двигатель) проходят рядом с низковольтными цепями (сервы, датчики телеметрии, камера и т.п.). Обычно рекомендуется экранировать AV кабели. Для серв часто достаточно витого кабеля.
3) У заземления общие правила. Все экраны и заземляющие провода должны соединяться в одной точке. Обычно это минусовой вывод силового аккумулятора рядом с разъемом его подключения. Разводка силовых цепей ведеться звездой от разъема питания.
4) Витая пара — лучше чем ничего, но хуже чем экранированный кабель. Обычно витые пары достаточны для сервоприводов и большинства кабелей датчиков.
5) Для AV цепей экранирование крайне желательно. Для цепей подходящих к приемнику РУ и GPS желательно использование ферритовых колец/муфт. Для остальных — надо знать характеристики цепей : уровень сигнала, входное/выходное сопротивление.
6) Самым критичным источником помех является ВЧ передатчик. На второрм месте регулятор и двигатель (реже — камера или DC/DC преобразователь). Самымые чувствительные приемники помех: приемник РУ и GPS. Между источниками и этими элементами нужно обеспечить максимальное расстояние (не менее 20-30 сантиметров).
7) Антенну видеопередатчика неплохо бы настроить на измерителе КСВ. Коссвено это можно сделать по минимуму потребляемого тока. Подробности — в соответствующих темах. Антенны приемника РУ нужно распологать в соответсвии с руговодством на приемник. GPS приемник нельзя ставить не горизонтально и желательно не затенять близлежайшими элементами конструкции на угол 90-120 градусов в горизонтальной плоскости.
8) Проявления наводок: 1) Резкое падение дальности РУ ; зависание приемника РУ (ВЧ помехи, наводки по питанию); 2) Недопустимо маленькое кол-во видимых GPS спутников (нормально 7-10) или их полное отсутствие (ВЧ помехи). 3) Помехи на видеоизображении : постоянные; при включении двигателя; при работе сервоприводов (НЧпомехи по питанию или наводки от других кабелей). 4) Дрожание или хаотичная работа серв (обычно ВЧ помехи). 5) Некоректная работа датчиков OSD или автопилота (любые виды помех).

Дополнение:
Помимо ВЧ помех (от которых помогает феррит), часто приходится бороться с НЧ помехами от дивгателя и серв. Для этого используют:
1) Независимое питание силовой, управляющей и видиочастей (2-3 аккумулятора);
2) LC фильтры по питанию (обычно на питание камеры и видеопередатчика). Индуктивность порядка 1-3 мГн (на кольце или стержне) с допустимым током 0.5-1 А и конденсатор 50-500 мкФ (желательно танталовый) — дают эффективный фильтр первого порядка. Можно каскадировать фильтры, обеспечивая 2-3 порядка подавления.
3) DC/DC преобразователи для развязки и стабилизации питания камеры/видеопередатчика.
4) PowerBox-ы для независимого питания приемника РУ.

Последний раз редактировалось baychi; 17.06.2010 в 16:20 .

to baychi
Спасибо за грамотный и развернутый ответ.
Картинка в голове начинает вырисовываться.
Если возможно уточнить.
1. По ферритам.
Если резумируя: Ставим на кабель GPS возле датчика, на кабель питания приемника (3 канал, от регулятора) возле приемника.
2 и 3. По максимуму используем экранированные кабеля, все экраны включаем в одной точке. Типа делаем что то типа шины заземления, к которой подключаем все экраны и минус силового ака. Если аков несколько, то все минисы тоже заодим сюдаже.
4. Вот тут смысла не понимаю. Понятно что не хуже. Понимаю если сигнал симметричный и на входе стоит дифф усилитель.
5. Экранирование. Реально на практике применяется или нет? например приемник, OSD, рег закатать в фольгу и заземлить?

И вопрос по дополнениям.
Где ставите и монтируете LC фильтры?

Читайте также:  Питание при детских орви

Развязка питания.
Вы рекомендуете питать отдельно Регулятор, Приемник, Передатчик видео и камеру. Отдельным считается либо акк, либо Power box правильно? Какой вариант считать оптимальным? Два акка на борту или больше?

Источник



Защита питания микроконтроллера от помех

Фильтрация помех по питанию является важным, хотя и не единственным средством повышения устойчивости работы МК. Это, как правило, первая ступень, которую надо обязательно пройти до конца. Обычно используют пассивные RC- и LC-фильтры, гораздо реже — активные транзисторные фильтры.

Если нельзя устранить причину помехи (с чего, по идее, и надо начинать анализ), то пытаются устранить следствие, т.е. ставят заградительные фильтры (Рис. 1, а. м). Окончательный вердикт об эффективности того или иного технического решения может дать лишь практика или детальное компьютерное моделирование реальных условий работы.

Стоит только отметить, что МК и присоединяемые к нему импульсные узлы, сами могут являться довольно серьёзным источником помех. Следовательно, вторая функция заградительных фильтров заключается в уменьшении уровня не только «входящих», но и «исходящих» помех.

Рис. 1. (а-г) Схемы фильтров по питанию (начало):

а) в непосредственной близости от выводов стабилизатора напряжения AI размещаются два конденсатора: электролитический C1 большой ёмкости для фильтрации НЧ-помех и керамический С2 малой ёмкости для фильтрации ВЧ-помех;

б) аналогично Рисунок 1, а, но с LC-фильтром. Как следствие, «скругляется» форма пульсаций выходного напряжения;

в) аналогично Рисунок 1, а, но с тремя конденсаторами разной ёмкости, каждый из которых действует в своей частотной области. Экспериментально следует подобрать оптимальные места установки конденсаторов на печатной плате, что позволяет заметно снизить амплитуду пульсаций;

г) разделение двух «пятивольтовых» каналов питания через LC-фильтры. Один из каналов может обслуживать цифровую, а другой канал — аналоговую часть устройства;

Рис. 1. (д-и) Схемы фильтров по питанию (продолжение):

д) снижение сетевых пульсаций и уровня шума в цепи питания методом фазовой компенсации. Транзистор VT1 усиливает переменную составляющую пульсаций, инвертирует её и частично компенсирует в точке соединения резисторов R2, R4

е) аналогично Рисунок 1, д, но на составных транзисторах VT1, VT2, что актуально для больших токов нагрузки;

ж) транзисторный фильтр на основе эмиттерного повторителя VT1, который ставится после диодного выпрямителя для снижения пульсаций сетевой частоты 50/100 Гц;

з) трансформатор Т1 снижает уровень синфазных помех. Если это не помогает, то можно изменить полярность включения одной (любой) обмотки трансформатора Т1 на противоположную (снижение уровня противофазных помех);

и) аналогично Рисунок 1, з, но для бортовой сети автомобиля. Трансформатор Т1 (точнее, двойной дроссель) разделяет «электрическую массу» шасси автомобиля и общий провод устройства:

Рис. 1. (к-м) Схемы фильтров по питанию (окончание):

к) комплексная фильтрация и защита гальванически изолированного DC/DC-преобразова-теля напряжения А1 в условиях сильных промышленных помех. Резистор R1 ограничивает ток через сапрессор VD1 при всплесках напряжения. Стабилитрон VD2 ограничивает в аварийной ситуации выходное напряжение на уровне +5.6 В, но он может выйти из строя при длительном протекании большого тока;

л) многоступенчатая система снижения ВЧ-помех на выходе. Фильтруются помехи как излучаемые в сеть 220 В, так и принимаемые из нее. Первая ступень заграждения — C1, Т1, С2, вторая ступень — C3. С6, третья ступень — R1, С7;

м) сеть 220 В подключается к трансформатору Т1, а сетевой источник питания для МК подключается к трансформатору Т2. Связка элементов Т1, C1, Т2 образует LC-фильтр, который уменьшает импульсные помехи, возникающие при включении мощных бытовых приборов, например, холодильника, утюга или СВЧ-печи.

Схема обладает стабилизирующим свойством — на входе переменное напряжение 190. 250 В, а на выходе 216. 228 В. Расчётные мощности трансформаторов Т1, Т2 должны быть больше мощности нагрузки. Если применяются трансформаторы с коэффициентом передачи 1:1, то конденсатор C1 ставят на напряжение 630 В.

Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.

  • PCBWay — всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН.
  • Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет.
  • Скидки до 50% + подарки ? в честь празднования 6-го ювилея 2020!

Добрый день.
Огромная просьба помочь решить проблему: при включении в бортовую сеть а/м зарядника/преобразователя 12-5В для планшета, зарядник генерирует в сеть срез частот радиостанции, которые принимаются на усилитель .Использовал и линейный преобразователь,и импульсный — эффект одинаковый.Только при раздельном питании от разных источников усилителя и преобразователя помехи исчезают.Какую схему фильтра помех в сеть можно применить в данном случае?
Заранее благодарен.

Скорее всего преобразователь напряжения импульсный. Сначала попробуйте экранировать корпус преобразователя напряжения. Если не поможет то попробуйте собрать фильтр по схеме Рис. 1 (к).
Также можно собрать НЕ импульсный, простой стабилизатор напряжения на микросхеме КРЕН5, который сделает из 12В — стабильных 5В (держит нагрузку 1.5А с радиатором).

Источник