Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2013 №11

Выбор и расчет фильтров радиопомех на основе унифицированных дросселей предприятия АЭИЭП

Твердов Игорь


В последние годы блоки питания (БП) радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), как правило, строятся на основе высокочастотных импульсных модулей. БП на модулях имеют высокий КПД, малые габариты и массу, но, в то же время, являются источником радиопомех, уровень которых превышает допустимые значения норм. Чтобы уменьшить помехи, на входе и выходе БП размещают серийные фильтры радиопомех [12], или предприятия — разработчики РЭА сами изготавливают фильтры необходимой конструкции. Для таких фильтров предприятие «АЛЕКСАНДЕР ЭЛЕКТРИК источники электропитания» (АЭИЭП) выпускает унифицированные дроссели 170 типономиналов, которые могут работать в широком диапазоне тока и напряжения [5]. В статье показывается, как выбрать фильтр радиопомех (ФРП) на таких дросселях, а также даны рекомендации по типономиналам конденсаторов.

Помехи во входных и выходных цепях модулей питания создаются в основном силовыми ключами и диодами. Периодическая последовательность импульсов, вырабатываемая ключом, может быть представлена в виде суммы бесконечного ряда синусоидальных колебаний, кратных частоте следования импульсов. Высокочастотные составляющие этого ряда, имеющие достаточную энергию, будут определять радиопомехи по входным и выходным цепям модуля. Эквивалентная схема модуля как источника радиопомех (рис. 1) включает генератор с ЭДС — Е, внутреннее сопротивление Zi и сопротивление Zн, подключенное к его зажимам сети и играющее роль нагрузки. Чтобы уменьшить напряжение радиопомех на нагрузке, необходимо или увеличивать сопротивление Zi, или уменьшить сопротивление Zн. Наиболее часто используют и то и другое.

Эквивалентная схема источника радиопомех

Рис. 1. Эквивалентная схема источника радиопомех

Помехи, созданные источником, попадают непосредственно в отходящие от него провода, а через распределенную емкость — в соседние провода и распространяются по ним на значительные расстояния, мешая приему радиосигналов. Поэтому основная задача подавления заключается в противодействии распространению радиопомех по проводам.

Имеются два пути распространения помех: симметричный и несимметричный (рис. 2).

Пути распространения помех по проводам

Рис. 2. Пути распространения помех по проводам: Iпс — ток помехи симметричной, Iпн — ток помехи несимметричной

Так как ток симметричной помехи Iпс циркулирует только по проводам, устранить помехи от него значительно проще (достаточно конденсатора между проводами), чем от токов несимметричной помехи Iпн1 и Iпн2, распространяющихся одновременно по обоим проводам, а затем и по земле. Такие пути трудно поддаются учету, к тому же на антенны радиоприемников воздействуют электромагнитные помехи, образующиеся между помехонесущими проводами и землей, то есть за счет распространения несимметричных токов радиопомех. По этой причине нормирование радиопомех осуществляется по несимметричному пути, и необходимо в первую очередь подавлять несимметричные помехи.

На практике это осуществляется включением фильтров в провода, отходящие от источников помех. ФРП обычно выполняются по индуктивно-емкостным Г-образным схемам. Для выбора и расчета ФРП необходимо знать уровень помех, создаваемый модулем, генератором помех, допустимый уровень помех в линии, а также внутреннее сопротивление модуля Zi и сети Zн (рис. 1). Первый параметр измерить просто, второй регламентируется нормами, а два последних могут быть измерены, что затруднительно, или рассчитаны, что практически невозможно.

Можно исключить определение сопротивлений Zi и Zн если провести измерения и установить, что сопротивление генератора помех (модуля) высокоомное. Для этого необходимо измерить напряжение радиопомех во входных и выходных цепях в диапазоне частот 0,15-30 МГц. Затем, подключив на входе и выходе модуля конденсаторы (например, К10-47), обладающие минимальным значением полного сопротивления в диапазоне частот 0,15-0,5 МГц, где уровни помех особенно велики, измерить величину напряжения радиопомех в проводах входных и выходных цепей на частоте 0,15 МГц. Включение конденсаторов проводится по несимметричной схеме между каждым помехонесущим проводом и корпусом модуля.

Испытания показали, что при таком измерении напряжения радиопомех во входных и выходных цепях заметно снижаются, следовательно, модуль имеет высокое внутреннее сопротивление, и со стороны модуля фильтр должен начинаться с емкости.

Так как сопротивление Zi велико, а сопротивление Zн для большинства питающих сетей мало, то в широко известной формуле для коэффициента фильтрации Г-образного фильтра:

где значения Zн и Zi сокращаются, коэффициент Кф определяется сопротивлением индуктивности ZL и емкости ZC фильтра.

С учетом изложенного разработаны схемы входных и выходных фильтров на основе унифицированных дросселей серий ДФ, ДФК, ДФП и ДФПК предприятия АЭИЭП.

Дроссели ДФ и ДФП выполнены в бескорпусном, а ДФК и ДФПК — в корпусном исполнении (рис. 3) по двух- и трехобмоточной (только ДФ) электрическим схемам. Они рассчитаны на ток до 20 А и напряжение до 350 В и в составе LC-фильтров подавляют несимметричные помехи в диапазоне частот 0,15-100 МГц.

Дроссели фильтрации

Рис. 3. Дроссели фильтрации: а) в бескорпусном исполнении; б) в корпусном исполнении

ДФ(К) предназначены для двухпроводных сетей и по принципу работы представляют собой компенсированные по току нагрузки дроссели.

Дроссели серии ДФП(К) используются в основном для создания фильтров радиопомех в однопроводных бортсетях и за счет сердечников с распределенным зазором допускают подмагничивание проходными токами до 20 А.

Более подробно дроссели рассмотрены в [3, 5, 6]. Отметим только, что дроссели разработаны для эксплуатации в особо жестких условиях, предназначены для применения в системах электропитания аппаратуры, соответствующей ГОСТ РВ 20.39.301 - ГОСТ РВ 20.39.309, и включены в перечень МОП 44 001.12-2012.

Дроссели ДФ(К) устанавливаются согласно схемам, приведенным на рис. 4.

Схема включения дросселей ДФ и ДФК в составе LC-фильтров в двухпроводную сеть совместно: а) с одноканальным модулем питания; б) с двухканальным модулем питания с общей точкой

Рис. 4. Схема включения дросселей ДФ и ДФК в составе LC-фильтров в двухпроводную сеть совместно: а) с одноканальным модулем питания; б) с двухканальным модулем питания с общей точкой

Во входном фильтре подавление помех, распространяющихся по несимметричному пути, осуществляется дросселем L1 и конденсаторами C2 и C3. Симметричная помеха подавляется входными конденсаторами Свх. В выходном фильтре подавление несимметричных помех осуществляется дросселем L2, симметричных — выходными конденсаторами Свых.

Выбрать дроссели L1 и L2 для фильтров просто. Для наиболее массовой продукции предприятия — модулей МДМ — обозначение модулей и дросселей практически совпадает. Например, модуль мощностью 7,5 Вт с выходным напряжением 27 В обозначается как МДМ7,5-В, дроссель фильтрации для этого модуля — ДФ7,5-В и т. д. (табл. 1).

Таблица 1. Пример выбора дросселей фильтрации для установки с модулями МДМ

Тип модуляТип дросселя фильтрации
входного выходного
МДМ7,5-1В03М ДФ(ДФК)7,5-2В/0,6;
ДФП(ДФПК)7,5-2/0,8
ДФ(ДФК)7,5-2Р/1,5;
ДФП(ДФПК)7,5-2/1,5
МДМ7,5-2Д1515М ДФ(ДФК)7,5-2Д/0,3;
ДФП(ДФПК)7,5-2/0,4
ДФ(ДФК)7,5-3Р/0,8;
ДФП(ДФПК)7,5-2/0,2
МДМ15-1А05М ДФ(ДФК)15-2А/2,0;
ДФП(ДФПК)15-2/3,0
ДФ(ДФК)15-2Р/3,0;
ДФП(ДФПК)15-2/3,0
МДМ30-2В1515М ДФ(ДФК)30-2В/2,5;
ДФП(ДФПК)30-2/3,0
ДФ(ДФК)30-3Р/1,5;
ДФП(ДФПК)30-2/0,8
МДМ30-1М05М ДФ(ДФК)30-2М/0,3;
ДФП(ДФПК)30-2/0,4
ДФ(ДФК)30-2Р/6,0;
ДФП(ДФПК)30-2/6,0
МДМ60-1М15М ДФ(ДФК)60-2М/0,6;
ДФП(ДФПК)60-2/0,8
ДФ(ДФК)60-2Р/6,0;
ДФП(ДФПК)60-2/6,0
МДМ120-1В05М ДФ(ДФК)120-2В/10,0;
ДФП(ДФПК)60-2/12,0
ДФ(ДФК)120-2Р/20,0;
ДФП(ДФПК)60-2/20,0
МДМ240-1М24МП ДФ(ДФК)240-2М/2,1;
ДФП(ДФПК)60-2/3,0
ДФ(ДФК)120-2Р/12,0;
ДФП(ДФПК)60-2/12,0
МДМ480-1М48МП ДФ(ДФК)480-2М/4,2;
ДФП(ДФПК)60-2/4,0
ДФ(ДФК)120-2Р/12,0;
ДФП(ДФПК)60-2/12,0

Для модулей остальных серий АЭИЭП и модулей других фирм дроссели выбирают по току, напряжению и индуктивности, в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2. Ток и индуктивность дросселей

 Ток, А Индуктивность, мГн (режим измерения 1 В, 1 кГц)**
Серия ДФ и ДФКСерия ДФП и ДФПК
7,5 15 30 60 120 240 480 7,5 15 30 60
2-обмоточные 0,2 2,7(Р)*             2,86      
0,3 3,6(Д)   11(М)                
0,4 1,6(Р) 4,1(Р)           0,7 4,3 7,66 14,25
0,6 2,3(В) 4,6(Д) 8,9(Н) 8,9(М)              
0,8 1(Р) 2,4(Р) 3,6(Р)         0,26 0,9 1,68 4,2
1 1,3(А)                    
1,1         6,8(М)            
1,2   2,7(В) 4,1(Д) 4,6(Н)              
1,5 0,79(Р) 1,4(Р) 1,7(Р) 2,4(Р)       0,075 0,3 0,55 1,2
2   1,7(А)                  
2,1         4,1(Н) 4,1(М)          
2,5     2,4(В) 2,7(Д)              
3   0,9(Р) 1,1(Р) 1,4(Р) 1,4(Р)     0,019 0,075 0,13 0,3
4     1,4(А)         0,011 0,04 0,065 0,17
4,1                      
4,2           1,4(Н) 1,4(М)        
5       1,7(В) 1,7(Д)            
6     0,35(Р) 0,5(Р) 0,5(Р)         0,03 0,075
7,5             0,9(Н)        
8       1,1(А)              
10       0,35(Р) 0,5(В) 0,35(Д)          
12         0,22(Р)           0,019
16         0,22(А)           0,008
20         0,12(Р) 0,22(В)         0,005
3-обмоточные0,1 1,9(Р)                    
0,2 1,3(Р) 2,4(Р)                  
0,4 0,79(Р) 1,7(Р) 2,4(Р)                
0,8 0,4(Р) 0,9(Р) 1,4(Р)                
1,5   0,5(Р) 0,9(Р)                
3     0,5(Р)                

Примечание.
* В скобках указано номинальное напряжение для ДФ, ДФК (А — 12 В, В — 27 В, Д — 60 В, Н — 110 В, М — 230 В, Р — 5 В), при котором нормируется падение напряжения (1%).
** В режиме измерения 1 В 150 кГц индуктивность дросселей ДФ, ДФК в четыре раза меньше; для дросселей ДФП и ДФПК ее значение не меняется.

Дроссели ДФП(К) в однопроводную борт-сеть устанавливают по схеме, приведенной на рис. 5. Подходящие модели выбирают из таблиц 1 и 2.

Схема установки дросселя ДФП(К) в однопроводную бортсеть

Рис. 5. Схема установки дросселя ДФП(К) в однопроводную бортсеть

Расчет фильтра для выбранного дросселя с индуктивностью L включает в себя следующее:

  1. Определяется требуемое ослабление напряжения радиопомех (Ктр): где Uп. изм — измеренная величина напряжения радиопомех, создаваемая модулем на частоте f = 0,15 МГц; Uп. доп — допускаемое напряжение радиопомех. Наиболее часто их выбирают в соответствии с графиком 2 норм по ГОСТ 30426-96.
  2. Определяется коэффициент подавления однозвенного Г-образного фильтра (Кф), который для частоты 0,15 МГц равен: где XL, XC — реактивное сопротивление дросселя и несимметричного конденсатора C23).
  3. Коэффициент Кф должен быть равен требуемому коэффициенту ослабления напряжения (Ктр), то есть Кф = Ктр или:
  4. По формуле (3) и значению индуктивности выбранного дросселя определяем емкость конденсаторов C2 и C3:

Пример расчета

Допустимый уровень помех

Рис. 6. Допустимый уровень помех

Исходные данные для расчета:

  1. Измеренный уровень помех, создаваемых модулем МДМ7,5-В (рис. 6, кривая 1).
  2. Допустимый уровень помех по нормам (рис. 6, кривая 2).
    Расчет:
    1. Выбираем для модуля МДМ7,5-В — дроссель ДФ7,5-2В/0,6 с индуктивностью 0,58 мГн (значение из таблицы 2 в соответствии с примечанием **).
    2. По кривой 1 определяем уровень помехи от модуля на частоте 0,15 МГц — Uп.изм = 94 дБ, по кривой 2 — Uп.доп. = 62 дБ. Кривая 2 соответствует уровню помех графика 2 норм, которые распространяются на бóльшую часть оборудования объектов с РЭА.
    3. Определяем по формуле (1) требуемый коэффициент ослабления фильтра в дБ:
    Выбираем Ктр с запасом — 40 дБ, или в количестве раз по формуле Ктр.дБ = 20lgКтр.раз:
  3. По формуле (4) определяем при L = 0,58 мГн емкость конденсаторов C2 и C3:

  4. В качестве несимметричных конденсаторов фильтра используем конденсаторы К10-67В, К10-47В, имеющие минимальную паразитную индуктивность. С целью дополнительного уменьшения этой индуктивности применяется параллельное соединение нескольких конденсаторов.
  5. Рекомендуемое значение емкости конденсаторов фильтров симметричной помехи в зависимости от мощности модуля питания приведено в таблице 3 [4].

Таблица 3. Рекомендуемое значение емкости конденсаторов фильтров симметричной помехи в зависимости от мощности модуля питания

КонденсаторВходное напряжение, В Выходная мощность модуля, Вт
122760110230
Свх, Свых, мкФ 0,47-1,5 7,5
1-3 15; 30
2,2-6,8 60; 120
12-14 240; 480

В качестве симметричных применяем конденсаторы К10-67В и К10-47В, емкость которых набирается за счет параллельного соединения.

Литература

  1. Твердов И., Миронов А., Затулов С. Модули фильтрации радиопомех и защиты от перенапряжения // Силовая электроника. 2007. № 4.
  2. Твердов И., Затулов С. Модули защиты от помех // Электронные компненты. 2009. № 8.
  3. Затулов С. Дроссели для однопроводных и двухпроводных фильтров радиопомех в сетях постоянного тока // Компоненты и технологии. 2013. № 4.
  4. Руководящие технические материалы БКЮС.434732.503 Д1. Модули питания серии МДМ, МДМ-П, МДМ-ЕП, МДМ-М, МДМ-МП.
  5. Технические условия БКЮС. 670109.002-01 ТУ. Унифицированные дроссели фильтрации радиопомех серии ДФ, ДФК, ДФП, ДФПК.
  6. Руководящие технические материалы по применению унифицированных дросселей фильтрации радиопомех серии ДФ, ДФК, ДФП, ДФПК. БКЮС.300109.001 Д1, 2013.

Сообщить об ошибке