|
Источники питания со сглаживающим дросселем вовсе не являются идеальными элементами и имеют две основные проблемы, которые
связаны с выбросами токов при переключении и механическими вибрациями.
Хотя ранее указывалось, что источник питания со сглаживающим дросселем потребляет от силового трансформатора почти неизменный
по величине ток, это не совсем соответствует действительности. Так как для включения выпрямительного диода напряжение на
нем должно превысить некоторое значение (вне зависимости от того, используются ли полупроводниковые выпрямители, или термоэлектронные
лампы), то это означает, что необходим некоторый промежуток времени, для того, чтобы значение синусоидального напряжения
возросло от нулевого значения до такого, которое было бы равно напряжению включения любого из выпрямляющих диодов. Следовательно,
ток, протекающий в трансформаторе, не будет совершенно неизменным по величине, а в некоторые моменты времени он может
снижаться даже до нулевого значения. Дроссель будет пытаться поддержать неизменное значение тока, поэтому на нем возникнет
напряжение самоиндукции, которое определяется выражением:
В любой схеме двухполупериодного выпрямления диоды выключаются с частотой, равной удвоенному значению частоты тока сети
питания, и в этот момент времени изменение тока во времени, di/dt = ∞, поэтому с частотой, равной
удвоенной частоте тока сети питания, в дросселе возникают выбросы напряжения, размах которых теоретически стремится к бесконечности
(рис. 6.16).
Рис. 6.16 Максимально выраженные переходные процессы в дросселе («звон»), вызванные переключением выпрямляющих
элементов при отсутствии тока нагрузки
Хотя протекание значительного по величине тока заметно ослабляет переходные процессы (или так называемый «звон» в дросселе)
на осциллограмме тока все равно наблюдаются выбросы (рис. 6.17).
Рис. 6.17 Осциллограммы тока и напряжения без применения схемы демпфирования. Верхняя осциллограмма (Канал
1) — ток нагрузки трансформатора. Нижняя осциллограмма (Канал 2) — напряжение на входе выпрямителя
Для защиты межвитковой изоляции силового трансформатора от возникающих перенапряжений часто используется традиционная
схема демпфирующей (то есть уменьшающей колебания) цепи, состоящей из резистора и конденсатора и включенной параллельно выводам
дросселя (рис. 6.18а).
Хотя установка параллельно дросселю традиционно используемой цепочки из конденсатора с емкостью 10 нФ и резистора с сопротивлением
10 кОм и снижает опасность пиков перенапряжения, она значительно ухудшает условия фильтрации на высокой частоте и увеличивает
выбросы на осциллограмме тока (рис. 6.19).
Рис. 6.18 Традиционная и видоизмененная цепи демпфирования дросселя
Рис. 6.19 Источник питания с дроссельным входом и схемой демпфирования (конденсатор 10 нФ и резистор 10 кОм).
Верхняя осциллограмма (Канал 1) — ток нагрузки трансформатора. Нижняя осциллограмма (Канал 2) — напряжение на
входе выпрямителя. Следует обратить внимание на ухудшение формы кривой тока
Метод демпфирования, который значительно улучшает качество фильтрации на высокой частоте, заключается в установке параллельно
дросселю встречно включенных конденсаторов, средняя точка которых подключается к точке с нулевым потенциалом, используя
при этом собственное сопротивление дросселя в качестве демпфирующего сопротивления. Оптимальное значение фильтрации можно
получить, если подобрать для конденсатора С1 такое значение емкости, чтобы частота резонанса контура, образованного с индуктивностью
утечки силового трансформатора, равнялась бы частоте собственного резонанса дросселя; однако это условие не кажется таким
уж и обязательным. При этом весьма странным представляется то, что на практике достаточно часто используется конденсатор
с емкостью 220 нФ как для высоковольтных, так и для низковольтных источников питания (рис. 6.186).
Улучшенная схема демпфирования позволяет избавиться от выбросов напряжения, при этом не оказывается влияния на ВЧ фильтрацию
и не происходит дополнительных выбросов тока (рис. 6.20).
Как уже упоминалось ранее, собственная переменная составляющая выходного напряжения выпрямителя прикладывается к дросселю.
Ранее упоминалось, что выходной трансформатор способен «петь» за счет ослабления стяжки пластин, либо за счет явления магнитострикции.
Это же явление вполне может наблюдаться и в рассматриваемом случае, то есть для сглаживающего дросселя. Дроссель может гудеть
(жужжать) с частотой, равной удвоенному значению частоты тока сети питания, а если у него есть какая-нибудь деталь с ослабевшим
креплением, например, ослабевшее крепление экранирующего кожуха, то такой дроссель будет дребезжать, причем достаточно громко.
Или же, в худшем случае, дроссель крепится к резонирующей плате (например, шасси), которая еще больше усиливает его гудение.
Автор произвел тестирование нескольких источников питания со сглаживающим дросселем. Гудящие дроссели неявно намекали
на насыщение сердечника. Весьма грустно, но по результатам эксперимента возникает мысль, что у электротехнической стали,
из которой изготавливаются сердечники, по прошествии нескольких лет могут очень сильно деградировать свойства, что приводит
к снижению значения индуктивности. А это, в свою очередь, приводит к возрастанию переменной составляющей тока, возможно,
даже до значений, приводящих к насыщению, что в свою очередь вызывает гудение дросселя. Если возникает необходимость использовать
старые дроссели, то следует предварительно проверить их на гудение под нагрузкой, прежде, чем сверлить отверстия для их крепления
на плате.
|
