Провокиран от една друга тема и негодуващ от образователната ни система, начина на писане на учебници, съвременни технически книги (не само български – то такива почти няма вече), отношението на преподавателите и на студентите към това което трябва да се учи, реших да напиша долното съчинение.
Явно системата цели да се изпълни старата максима, че занаят не се учи, а се краде.
Изложението ми няма за цел изчерпателност и прецизност, но се надявам да няма груби грешки. Ако все пак някой забележи такива, моля да ме поправи или допълни. Не съм чертал диаграми и моля да бъда извенен за това. Все пак разчитам, че повечето четящи знаят какво е това диод, схема Грец и кондензатор.
__________________________________________________________________________________________
Избор на филтриращ кондензатор в схемите на изправителите
В това писание разглеждам класическият захранващ блок, състоящ се от трансформатор, изправител (обикновено схема грец) и алуминиев електролитен кондензатор с последващ линеен стабилизатор на напрежение (при нашите случаи обикновено това е 7805).
В книжките посветени по темата на този проблем се отделя малко внимание. Какво толкова – все пак става въпрос за избор на един кондезатор с некритична стойност, при всичките му проблеми с избора и изчисляването на трансформатора и изправителните диоди. Да, но не е точно така.
Подходите при разглеждането на проблема са два. Чисто имперично определяне на стойността на филтриращия кондензатор. Например 2200 мкF за всеки ампер консумиран ток. В букварите , които искат да са на по-високо ниво, се забъркват формули, в които влизат на практика всички основни параметри на изправителя. В тях визат максималният консумиран ток, характеристиките на трансформатора – неща които вероятно ще ги знаете, ако сами си го проектирате и избирате по каталог стомана за магнитопровода, характеристиките на изправителя. И след всичките тези изчисления ще остане съмнението за коректността на използваните параметри.
Тук ще опиша едина практическа методика или по-точно подход, кoйто е бръз и дава на проектанта необходимата сигурност в избора на филтриращия кондензатор. За целта ще е необходим осцилоскоп, мултиметър и евентуално автотрансформатор.
След като се направи устройството, се слага някакъв кондензатор, определен примерно по империчната зависимост по-горе. С осцилоскоп се изследва нивото на пулсациите върху фитриращия кондензатор. Това, което ни интерисува е разликата между минималното напрежение, което се получава при пулсациите и необходимото захранващо напрежение (5V) към което трябва да се прибави и необходимото за правилната му работа минимално напрежение на входа на стабилизатора (типично 0.5-2V). Тази разлика трябва да е по-голяма от нула при възможно най-тежкият работен режим. Най-тежката комбинация е :максимална консумация на нашето устройство и минимално мрежово напрежение. Ако не е в наличност автотрансформатор, влиянието на намалението на мрежовото напрежение може да се изчисли по проста пропорционална зависимост, след като се измери текущата му стойност . По отношение на влиянието на тока, добре е да накараме схемата ни да консумра максимално количество ток. След тези наблюдения и елементарни изчисления може да се прецени, дали избраната стойност на кондензатора е достатъчна. Освен това трябва да се презапасим, поради толеранса на капацитета на електролитния кондензатор (типично –10 до +20%) и да предвидим, че този капацитет ще намалее малко с течение на времето поради ефекта на стареене. Това е минималната необходима стойност на филтриращия кондензатор. След изчисленията се избира кондензатор от каталога с капацитет по-голям от определения. Може за по-голяма сигурност да се направи проверка на напреженията с избрания кондензатор по описания по-горе начин.
Какво се получава, когато филтриращият кондензатор се избере прекалено голям?
Действително на осцилоскопа ще забележим добре изгладено напрежение с малки пулсации. В моята практика съм виждал платки на колеги, които за консумиран ток по-малък от 0.5А използваха филтриращ кондензатор със стойност 22000 (двадесет и две хиляди) микрофарада. Поради други причини, но подобни като отношение към нещата, вървя след тях и им подменям системите.
Това ,което не се забелязва на осцилоскопа , е токът на зареждане на кондензатора. Тъй като кондензаторът се е заредил до някакво ниво, диодите на изправителя не се отпушват докато входното напрежение от трансформатора не стане по-голямо от него (плюс напрежението на отпушване на диода разбира се). Получава се така, че изправителят работи през неголяма част от времето. Но схемата консумира някакъв сравнително еднакъв ток. Същият този ток като големина трябва да дойде от изправителя. Да приемем , че устройството ни има консумация 0.5А, а изправителя работи в 10% от времето. Това означава, че в момента на работа на изправителя, средният му ток трябва да е 5А. По-голямата стойност на филтриращия кондензатор кара изправителят и трансформаторът да работят в изключително неблагоприятен режим, какъвто вероятно не е предвиден при първоначалното му оразмеряване.
Друг неблагоприятен момент е първоначалното пускане на изправителя. На практика кондензаторът окъсява за относително голямо време изхода на стабилизатора и вторичната намотка на трансформатора. По-голям кондензатор ще изисква и по-голям изправител и трансформатор.
По отношение на смущенията по-големите стойности на филтриращия кондензатор също имат неблагоприятна роля. Поради това, че при високи честоти реактивното съпротивление на индуктивността от еквивалентната схема по променлив ток на алуминиевите електролитни кондензатори става много голямо, те не могат да филтрират краткотрайните смущаващи сигнали по захранващите проводници. За тази цел се използват обикновено керамични кондензатори. Трансформаторът и изправителят се явяват източник на електромагнитни смущения, който често е в непосредствена близост до процесора. Колкото филтриращият кондензатор е по-голям, толкова по-голям ще е импулсният ток, който го зарежда. Това означава по-големи електромагнитни смущения ,излъчени от проводниците по веригата трнасформатор-изправител-кондензатор. Колегите, които се занимават с импулсни стабилизатори, знаят този проблем и как трябва да се прави топологията на платката в този участък. Без да имаме предимствата на импулсните стабилизатори, използвайки големи стойности на филтровия кондензатор, ние ще се сдобием с основен техен недостатък.
Извод: Най-добрата стойност на филтриращ кондензатор след изправителя е тази минимална стойност, която върши работа – осигурява достатъчно по големина напрежение на входа на стабилизатора във всеки един момент от време, при най-неблагоприятно стечение на обстоятелствата.
|
Ако става въпрос съм слагал 20000uF ама греца 50 ампера, трафа киловат (от 1000VA UPS ама наобратно) и консумацията мамата си трака - 100 вата стъпков мотор изнасилен на над 3 пъти над оптималните му обороти. На това захранване LM2676-12 за захранване на драйверите на транзисторите (след него 1000uF) и вече на 12-те волта 7805 за процесора с 330uF. Процесора 18F46k22 пуснат на 64MHz и мосфетите за моторите на 3 см от процесора - тича си гадинката и въобще нищо не разбира от околната олелия.
