Designing Power Supplies for Tube Amplifiers - наконец обработал!

[nabbla1]

Отсканил её ещё в 2016 году, и, как выяснилось, так и не обработал, и никто её не обработал, по крайней мере, поиском ничего похожего не обнаруживалось.

Comments

[balmerdx]

А почему рассматривается именно снижение частоты преобразования? Может лучше наоборот повысить частоту выше 1 МГц?

То что я видел - чем выше частота, тем меньше получаются электромагнитные помехи.

Про входные фильтры - а какой вариант фильтров у вас был в симуляции? Симметричный, там где индуктивности по питанию и земле, или ассимметричный - там где индуктивности только по питанию? Сколько звеньев в фильтре рассматривали? Звенья были одинаковыми или расчитанными на подавление разных частот?

Про электролиты - одной стороны они всё равно не работают на частоте выше 100 КГц. А если понижать частоту до 20 КГц и брать электролиты, то у электролиты портятся со временем. Мне вот например дома придётся скоро 2 блока питания как раз с подобной частотой менять, т.к. они начали очень сильно в эфир шуметь на частотах порядка 2-5 МГц.

Про SMD конденсаторы. Им всё равно альтернативы нет, т.к. только они могут дать нам маленький ESL. С вашим температурным диапазоном Y5V определённо не получится выбрать, но тот-же X7R вполне хорош.

Так-же из поста не понял, какая мощность требуется и какие размеры у блока питания должны быть. А от этого зависит - простая задача, либо невыполнимая.

[nabbla1]

Сделать вторичный источник питания с гальванической развязкой и сколько-нибудь приличным КПД на отечественной элементной базе на частоте выше 1 МГц - пока не умею. Наверное, что-нибудь резонансное должно получиться, но я ещё ни одного резонансного источника не собирал...

Снижение рассматривается потому что чем ниже частота - тем более щадящие требования по пульсациям. На 10 кГц уже 30 мВ амплитуда, с чем жить куда проще, чем с 1 мВ.

С землёй нам связываться смысла нет, всё это подавление синфазных помех, сдвоенные дроссели и Y-конденсаторы, бьющие током, если заземления нет - это всё от того, что обычные провода 220 вольт, что шнуры, что проходящие в стенах - не имеют экранирования, и синфазная помеха их всех превращает в весьма эффективную антенну. (а дифференциальная помеха - в куда меньшей степени, т.к идущие по соседству провода фазы и нейтрали практически гасят друг друга). А у нас все кабели экранированные, так что весь вопрос только о дифференциальной помехе. Почему она их так тревожит - точно не знаю.

Конденсаторы, опять же, отечественные, тут не Y5V / X7R, а всяческие Н90, Н70, Н50, Н20, МП0 и иже с ними.

Мощность нужна 25 Вт, в импульсе 35 Вт, габариты - как можно меньше. В первую очередь заботит футпринт на плате, т.к на одну плату условно 180х180 мм надо упихать вообще всё что есть: матрицу, ПЛИС, память ОЗУ, память конфигурационную, источник питания, питалово осветительных светодиодов, два канала МКО и прочую обвязку.

[balmerdx]

Да, про современную российскую элементарную базу мало что знаю.

Про помехи по питанию, почему это важно. Когда делал всякие векторные аналищаторы и RLC измерители - очень часто оказывалось, что нижний уровень шумов определялся именно помехами по питанию и борьба с ними занимала ощутимую часть схемы.

Про пульсации. Я не очень понимаю связь между - "Ниже частота преобразования - меньше пульсации на высокой частоте." Меньше мощность ВЧ шума - это верно (из-за более редких переключений), но вот амплитуда пульсаций почему должна меньше стать? Из-за возможности более плавно переключать транзисторы, без возникновения перегрева? С современными MOSFET которые заточены на быстрое переключение - этого не так тривиально добиться.

Надо сразу закладываться не на индуктивности, а на дроссели (ferrite bead), что-бы они на высоких частотах на себе рассеивали мощность помехи.

Про фильтрацию земли - ну не знаю, не знаю. Вещь полезная. Один простенький дроссель поставленный в цепи может очень хорошо порезать ВЧ шумы как синфразные так и противофазные. (В зависимости от схемы включения.)



На модемах для базовых станцийх Huawei (это пожалуй самое похожее на то, что требуется) если не считать кучи конденсаторов на входе стоит только такой дроссель. И этого достаточно, что-бы удовлетворить достаточно жестким требованиям на входные пульсации. Но там используется BD8325FV и частота преобразования 250 КГц.

Вот кстати как этот дроссель входной выглядит выглядит (подчеркнуто красным), тоже кстати питает FPGA Artix-7.

Размеры блока питания правда у них великоваты получились 5x15см, место как-то они не особо экономили.

[nabbla1]

Про "меньше частота - меньше пульсации", ход мыслей примерно такой. Я посчитал эфф. значение тока через конденсаторы, стоящие перед преобразователем, получилось 2 ампера по наихудшему случаю, и это не зависит от частоты преобразования, лишь от топологии преобразователя и его режима работы (я хочу обратноходовой, flyback, в критическом режиме, т.е ток падает до нуля и на первичке и на вторичке, но весь трансформатор в "нуле" остаётся лишь на мгновение, упал до нуля на вторичке - сразу начинаем накачивать первичку). Нужно поставить столько конденсаторов и такого типа, которые эти 2 ампера выдержат. Получилось, что танталовый нужен буквально один, а вот керамический с "плохим" диэлектриком не справится, даже если он схожей ёмкости, а керамических с "хорошим" диэлектриком надо будет поставить целый штабель на половину платы. Следовательно, ставлю один танталовый.

Но ой незадача, этот танталовый имеет приличные ESR и даже ESL, так что вынести-то он вынесет, но пульсации напряжения будут приличными, и придётся поставить ещё прилично цепочек, чтобы они не попёрли в шину питания.

На НЧ требования от заказчика ниже, так что первые 5 гармоник, условно, мы исполняем на ура, остаются высшие гармоники. Но вот их мы погасим, поставив параллельно большому танталовому конденсатору маленький керамический, который как раз и сгладит "острые углы" во время переключений. Шибко большие токи через него не пойдут, так что он тоже это дело выдержит без проблем.

Насчёт двухобмоточного дросселя, его две обмотки обычно мотают с двух противоположных сторон, чтобы получилась приличная индуктивность рассеяния, и тогда он будет фильтровать и синфазные, и дифференциальные помехи. Но обычно на синфазные делается акцент, т.к в обычной ситуации они "злее", да и гасить их проще - тот феррит, что в этих дросселях стоит, имеет охрененную проницаемость, повышенные потери на ВЧ и при этом совсем небольшую индукцию насыщения. Идеально для работы с нулевым подмагничиванием (когда ток потребления взаимно компенсируется), а индуктивность рассеяния, проходя "по воздуху", тоже насыщения не вызывает. Неплохое решение, можно рассмотреть, если припрёт. Но если таких требований не ставят (фильтрация синфазных помех) - то зачем бежать впереди паровоза?

[dz]

Я вот тоже подумал, что повышать частоту - очевидный выход. Не обязательно лезть за мегагерц. Возможно, даже 500КГц изменят картину? Уж ёмкости точно меньше места потребуют...