Co je to dokonalá filtrace napájení ? Díl 2.

26. dubna 2012 v 2:39 | Petr |  Elektro
Doufám, že jste si za domácí úkol přečetli článeček od Analogu, který jsem vám minule doporučoval. Už minule jsme se zabývali vlastnostmi kondenzátorů a jejich "vlastní rezonancí" ktará způsobí že od určité frekvence nehraje roli kapacita, ale parazitní indukčnost kondenzátoru a ten pak funguje jako cívka.
Ještě jednou si dáme obrázek s "Ideálním zdrojem", který jak jsem minule psal, je monstrum, a bereme to postupně proti toku proud zprava doleva.
C10 - je keramický kondenzátor, který nemá mnoho společného s filtrací, ale slouží pro stabilizaci stabilizátoru 78L05, aby se nám nerozkmital. doporučuje se keramika obvyklé hodnoty 100n - 3uF. Varuju před začátečníckou hyperaktivitou a snahou dělat věci "lepší než je možné". Každý má nutkání dát na výstup 7805 nějaký obrovský kond 1000u třeba aby měl "dokonale vyfiltrováno" - problém tohoto řešení je že na tak velkou kapacitu na výstupu není 7805 stavěná a často to dopadne tak, že ve snaze takový kondenzátor nabít, se v ní aktivuje ochrana proti proudovému přetížení a naopak se rozkmitá. To že C1 musí být na DPS co nejblíže 7805 ani nepíšu - držet cestičky co nejkratší je úplně automatické všude, kde to jde. kromě C10 je vhodné rozmístit blokovací kondenzátory po plošném spojí tak aby u každého integrovaného obvodu (co nejblíže ) byl jeden a i na "význačných odbočkách" napájecích cest byl taky jeden.

Jenom drobné upozornění - na schémátkách se kreslí + nahoře a - dole - pokud podle schémátka naroutujete desku + na jenom kraji a - na druhém a spojíte + a - kondenzátory vznikne vám krásná smyčková anténa, která bude přijímat rušení jako divá, proto v praxi se napájení a zem vedou po desce co nejblíže u sebe - v takovém připadě dokonce parazitní kapacita plošného spoje pracuje v náš prospěch jako malinkatý blokovací kondenzátor.

Pak máme stabilizátor 78L05, který zdánlivě nedělá pro filtraci napájení nic, ale ve skutečnosti může být pro filtraci zásadní - doporučuju hledat v katalovém listu RIPPLE REJECTION - tedy stabilizátor v rámci své stabilizační funkce se snaží zpětnou vazbou vyrovnávat i rušení na napájení. Nahlédneme - li do datasheetu 78L05 tak tam najdeme Ripple rejection 60db při 120Hz - tedy 1000x při 120Hz - protože stabilizace proti kmitání je u 78L05 udělána jako u operačních zesilovačů - je podobná i frekvenční charakteristika - čím je frekvence rušení vyšší tím je schopnost 7805 jej utlumit menší - a zcela končí na frekvenci 120 Hz x 1000 x - 120 kHZ rušení nad touto frekvencí projde stabilizátorem jako nic a musí se odfiltrovat vnějšími součástkami.

Pak máme 3 trojice kondenzátorů C1, 2, 3 - C4, 5, 6 - a C7, 8, 9, všechny jsou stejné a je v nich elektrolyt 100u , Keramika 100n a keramika 1N. Později probereme, že napájení nemusí mít všech 9 kondenzátorů, ale alespoň jednu takovou "svatou trojici" byste na desce mít měli.
Elektrolyt by měl být alespoň 10 uF, 100uf je až moc a souvisí s "protiresetovací funkcí" magické diody o které už jsem kdysi psal. Dbejte na to , aby keramický kondenzátor 1nF byl z keramiky typu NP0 - někdy jsou keramické kondezátory z této hmoty o velikosti 1N těžko dostupné, pak vemte z této hmoty největší jaký seženete 330pF taky udělá dobrou práci. Pokud se jedná o umístění na plošném spoji je třeba "uvažovat takticky" - moje oblíbené řešení - 1n kondy dám kolem tlumivky L1 co nejblíže, aby zadržely vysoké frekvence a ostatní poněkud dále.

Pak máme odpor R1 - to je první část, kterou za určitých okolností i s jednou trojicí kondenzátorů můžeme vynechat - to je tehdy pokud nám "Ripple rejection" ve stabilizátoru stačí. nebo jsme vybrali tak velkou hodnotu tlumivky, že její filtrace zasahuje až hluboko pod 12 kHz o kterých byla řeč. Jak zvolit hodnotu R1 - co největší jakou si můžeme dovolit.
78L05 pustí 100mA a potřebuje na vstupu alespoň 7V takže pri napájení 12V je to
R = (12V-7V) / 100mA = 50 ohm
Necháme si nějakou rezervu = a jdeme do mé oblíbené řady E2 tedy 33 ohm. Odpor spolu s kondenzátory okolo fitlruje do vysokých frekvencí, které jsou omezeny až jeho parazitní kapacitou tedy do stotvek MHz (na rozdíl od 78L05) - proto tam taky je. A pokud nepotřebujeme stailizaci můžeme odpor nechat a 78L05 naopak vyhodit i s kondenzátory okolo.

Pak máme cívku L1 - použítí cívek (tlumivek) v napájení je vždy poněkud ošemetné ze 3 důvodů
1. Cívka sama přijímá magnetické rušení - jako vinutí transformátoru nebo anténa. Proti tomu lze bojovat použitím toroidní tlumivky, která je zase pro veliké proudy poněkud velká na plošný spoj, nebo stíněním - jaké to je si jste si zkusili u výroby Mini Trávoměru.
2. Cívka je svinutý drát, takže s rostoucí indukčností roste i odpor tohoto drátu - pak vyplývá, že žádná cívka nemá tu ideální hodnotu - příklad pokud potřebujete opravdu dobrou filtraci a zvolíte třeba 100uH zjistíte že má odpor 26ohm a že snese třeba jenom 100mA. pokud jako cívku vyberete jenom feritovou perlu na přívodním drátu zjistíte, že účinně filtruje až od (třeba) 10MHz což pro projití testy ve státní zkušebně stačí, ale pro citlivý obvod je to málo. A pochopitelně všechny varianty mezi těmito dvěma. A to už vůbec nemluvím o cívce na 5A - to už je obrovská tlumivka jak v PC zdroji.
3. Zákeřnou vlastností cívky, je , že kromě rušení se snaží potlačovat i prudké výkyvy proudu. Pokud vaše zapojení spíná nějaké velké proudy - cívka při zapnutí zátěže způsobí prudký pokles napětí a po vypnutí zátěže zase opačně - napěťovou špičku. Proti obojímu se dá částečně bojovat velkým kondenzátorem (svatou trojicí) za cívkou ale někdy se prostě nedá vybrat ideální hodnota ani cívky ani kondenzátorů.

Takže pokud mohu doporučit nikoliv dokonalý, ale pokud možno univerzální a slušně použitelný zdroj tak je na obrázku.
Drobným rozborem zjistíme, že C2, C5 a L1 odříznou většinu frekvenci nad 1 MHZ a že L1 spolu s velikým C3 tvoří dolní proust až do frekvence 8KHz kde už částečně funkuje Ripple rejection 78L05. C3 je tak veliý, protože spolu s "magickou diodou" D1 tvoří "protiresetovací obvod" dioda D1 navíc chrání celé zapojení proti přepólování napájení.
Záhadou je jenom smysl diody D2 ? Pokud připojíme na výstup baterii, nebo velký kondenzátor a vypneme napájení - baterie nám přepóluje 7805 a spálí jej. D2 tedy způsobí že na vstupu 7805 je jen o 0,7 V menší napětí než na výstupu - což 7805 přežije. Zapojení je tedy "blbuvzdorné" jak jen umím postavit a dá se použít i jako laboratorní zdroj s pevným 5V napětím.

Zbývá už jenom oblíbená rada pro blondýny : Andrea Verešová, pokud chce přivést svého manžela do varu, přijde k bazénu v rodinném sídle nahá jenom ve 20 cm jehlách, levou rukou si pohazuje vlasy a pravou rukou stydlivě zakrývá "kožešinku" - vy to dělejte stejně - jenom musíte vyřešit otázku kterou rukou se vyzout abyste se v lodičkách nezačala topit.
 

2 lidé ohodnotili tento článek.

Komentáře

1 Karel Karel | 26. dubna 2012 v 20:42

Pěkný článek, ta dioda už se moc často v dnešních zapojeních nevidí.Ale že by výše zmíněná měla pubické ochlupení?? Tomu nevěřím, na hokejovém cvičáku tráva přece neroste. :-)

2 Martin Martin | E-mail | 27. května 2014 v 12:03

Veľmi pekný a dobre popísaný článok skutočná pochvala autorovi. Tá dióda D2 je dobrá vychytávka možno ju použijem aj  vo svojom zapojení. :)

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama