RC a LC filtrace napájecího audio zdroje

Zpráva

Jirka48 · #1 Příspěvek od **Jirka48** » 28 říj 2023, 18:02

Ahoj všichni. Mám trafo 230/24V, 3A a chtěl bych tím napájet audio zesilovač. Za usměrňovací můstek chci dát RC filtr se dvěma elektrolyty 10 000 µF/60V a mezi nimi rezistor nebo tlumivku. Potřeboval bych poradit, jak velký rezistor v ohmech a watech mám použít, aby nedošlo k velkému snížení výkonu, ale zase aby to nebručelo. Prosím o nějaký praktický návrh případně vzoreček, ale raději ty hodnoty. Případně tlumivku o jakých parametrech. Raději obojí. Hledal jsem na webu, ale tam je hodně teorie, ale žádné praktické rady.
Díky Jirka.

BastlXXX · #2 Příspěvek od **BastlXXX** » 29 říj 2023, 06:18

Důležité je uvědomit si, co chceme odfiltrovat.

LC článek je dolní propust, takže od jakého kmitočtu chceme odstranit vyšší kmitočty a jak moc. U jednoduchého filtru můžeme počítat s poklesem 20 dB na dekádu.

Vzorec je f = 1 / [2*PI*SQRT(L*C)]

Jednu součástku, tj. cívku nebo kondenzátor si musíme zvolit, druhou dopočítáme.

Pokud není nutné použít RC filtr, tak bych upřednostnil LC kvůli menší výkonové ztrátě.

Jirka48 · #3 Příspěvek od **Jirka48** » 29 říj 2023, 08:52

Zdravím a děkuji BastlXXX za rychlou a odbornou odpověď, ale já se musím přiznat, že jsem skutečný amatér a laik v oboru nijak nevzdělaný, jsem totiž strojař, elektronika mne přitahuje a něco jsem už za ta léta zbastlil. Sice tuším, co mi sděluješ, ale nevím co je to to f, domnívám se, že by to mohl být asi uvažovaný kmitočet, který by měl být utlumen, tedy 50 Hz, to PI asi bude instalovaný výkon ve W, ale asi ne, to by asi bylo Pi, P x I to asi nebude, protože používáš *, SQRT rozumím že je druhá odmocnina, to L je asi požadovaná indukce v mH a C kapacita elektrolytu v µF nebo snad mF, nevím, ale jedno to nebude.
Souhlasím s tebou, že bych měl použít raději tlumivku a proto bych prosil o vzoreček na tu indukci tedy asi L a byl bych vděčný i za vzoreček na R pro ten RC filtr, kdybych měl nějaké problémy s tou tlumivkou.
Ještě jednou děkuju a prosím o doplnění toho vzorečku včetně jednotek.

#4 Příspěvek od **PavelFF** » 29 říj 2023, 09:18

A máš skutečný problém s bručením, nebo to chceš preventivně? Běžně se ke koncovým zesilovačům, i považovaným za jakostní, RC článek v napájení nedává - a nebručí jim to.

Odněkud jsi to vyčetl? Není tam popsané řešení? Přece nejsi jediný s tímto úmyslem.

Jak velké potlačení zvlnění požaduješ? Vždycky nějaké zůstane. Tlumivka klidně může být rozměrově stejně velká jako trafo a přesto nedosáhneš ideálního stavu.
Zesilovač má jaký výkon? Nesymetrické napájení? Trafo je dosti slabé. Elyty jsou naopak dimenzovány pro mnohem silnější zesilovač. Ve tvém případě by spíš pomohl stabilizátor napětí, ale bude na něm úbytek napětí.

Jirka48 · #5 Příspěvek od **Jirka48** » 29 říj 2023, 14:16

Nechci rozšiřovat téma. Mám to trafo a chci k němu udělat smysluplné vyhlazení. Protože není příliš velké, uvažuju o tlumivce. Už od dob před 60ti lety, kdy jsem si pro vlastní potřebu stavěl HiFi zesilovače vím, že nějaké vyhlazení je nutné, nicméně nejde o laboratorní kvalitu. Tohle by měl být univerzální nesymetrický zdroj v samostatné krabici pro napájení audio zařízení. Kapacitu elektrolytů v závislosti na výkonu stanovit neumím a proto zůstávám u osvědčené kapacity 10mF. Mně by pro tento případ skutečně stačilo odpovědět na ty upřesněné dotazy.
Děkuji.

#6 Příspěvek od **EKKAR** » 29 říj 2023, 14:59

Dávalo se 1000uF na 1A odběru, když v tom ještě byl slyšitelnej brum při vyšším výkonu, přidávalo se na 1500-2000uF/1A. Výkonový zesy s polovodičema v koncích nejsou moc citlivý na zvlnění napájení, ty CL nebo CLC články (Γ nebo ∏) se dávaly hlavně do elektronkovejch zdrojů anodovýho napájení, kde byly takový kapacity na stovky voltů nedosažitelný. Tvejch 10mF bude bohatě stačit na zesík s odběrem 5 i víc ampér.

#7 Příspěvek od **PavelFF** » 29 říj 2023, 15:41

Jirka48 píše:.... Mně by pro tento případ skutečně stačilo odpovědět na ty upřesněné dotazy.

Význam symbolů v zápisu vzorce asi líp pochopíš spíše z obrázku. Výkon se tam vůbec nevyskytuje. PI je π =3,14.

Pro tvé účely žádný druhý kondenzátor ani odpor mezi dva C dávat nemusíš. Elyt 10G je naprosto dostačující pro trafo 24V/3A.

Přesnou odpověď asi nedostaneš, protože neumíš nadefinovat parametry, kolikrát se má zmenšit zvlnění nebo zvýšit činitel stabilizace apod.

Za dob elektronek se to dělalo asi z důvodu, že elyty s potřebnou kapacitou na tak velká napětí nebyly nebo byly drahé. Nebo by to neutáhnul usměrňovač, co já vím. Tak to řešili RC článkem. Taky měli přebytek napětí, tak tolik nevadil úbytek napětí na filtru.

Pokud chceš konkrétní číslo, dej tam odpor (0,47 až 0,56)Ohmů/5W a vyzkoušej, co to udělá. Kup si třeba dva kusy odporů 1 Ohm a můžeš je zkusit zapojit do série nebo paralelně. Co ti bude víc vyhovovat.

Nakonec odpor vždycky můžeš zkratovat. Což asi uděláš, až zjistíš, že je zbytečný.

Jirka48 · #8 Příspěvek od **Jirka48** » 29 říj 2023, 15:50

Výborně, to je pro mě použitelná odpověď praktika - pro mé 3 A stačí 4 700 µF a těch 10 mF je s bohatou rezervou.
Teď bych potřeboval ještě dovysvětlení v jakých jednotkách a jaké veličiny se skrývají v tom vzorečku za f, PI, L a C a případně vzoreček pro RC filtr.

#9 Příspěvek od **PavelFF** » 29 říj 2023, 16:05

Jirko, jednotky jsou odvozené ze soustavy SI a platí že kapacita C je ve Farradech (F), indukčnost L je v HENRY (H). "PI" je Ludolfovo číslo a je rovno 3,14 s dostatečnou přesností. f je kmitočet v Hz.

Ale tobě je ten vzoreček k ničemu. Nedá se tady použít.

Jelikož se ptáš na poměrně základní veličiny, bude pro tebe mnohem lepší experimentální cesta, jak jsem ti navrhnul. Taky to tak dělám.
Vraž tam nějaký odpor a sleduj, co se bude dít. To není ostuda. To je ladění prototypu.

vlastoTN · #10 Příspěvek od **vlastoTN** » 29 říj 2023, 16:29

Pre Teba stačí ak použiješ kvalitný usmernovač a filtračné kondenzátory(lepšie použiť viac kondenzátorov menšej kapacity)
Rezistor sa nepoužíva(CRC)len sa zvíšil odpor zdroja.Tlmivka by už možno bola lepšia ale zas ju musíš nadimenzovat (3A)a to by asi vyšla dosť veľká(drahá, ťažká) a prínos malý.
Ú elektronkových usmernovačiek sa CLC používal kôli aj tomu že za usmernovačkou bola predpísaná max kapacita kondenzátora takže ak sa požadovalo kvalitné vyhladenie musel sa ten CLC filter použiť.

Jirka48 · #11 Příspěvek od **Jirka48** » 29 říj 2023, 17:24

Díky přátelé, asi to už ukončíme. Děkuju všem, co mi tady odpovídali, bylo to pro mě přínosné, asi tam dám jen jeden elektrolyt 4 700 µF/35 V. Trochu mě mrzí, že jsem se nedozvěděl kolik by měla být ta indukce, ale to přežiju. Vždycky jsem dával dva elyty a nějaký odpůrek a fungovalo to. No myslel jsem, že to udělám důkladnějc, ale asi to byla zbytečná ambice.
Ještě jednou děkuju a bastlení zdar.

#12 Příspěvek od **Hill** » 29 říj 2023, 19:57

Obecně pro takové proudy je s indukčností trochu komplikace: cívka musí být vinutá poměrně silným drátem, aby se ohříval proudem co nejméně, vnitřní vrstvy mají špatný odvod tepla. Vyjde tedy poměrně rozměrná.
Počítat LC filtr podle Thompsonova vztahu je nesmysl, to by se dostal do sériové rezonance právě na rušivém kmitočtu a zvlnění na druhém kondíku by výrazně vzrostlo. Aby filtr fungoval, musí být laděný hluboko pod rezonanční frekvenci.
On návrh výkonové tlumivky je poměrně složitá záležitost, proto to výrobci (zejména elektronkových zařízení, v nichž se pracovalo s poměrně malými kapacitami a menšími proudy) řešili hrubým výpočtem, podle tabulek a grafů, nebo prostě metodou pokus/omyl: zvolili například EI jádro, věděli, kolik závitů jakým drátem se vejde do okénka E-jádra (včetně případných chladicích kanálků), z proudu a počtu závitů jim vyšlo maximální sycení a z něj vyšel průřez jádra. Aby se indukčnost neměnila, bylo třeba zajistit, aby se jádro ani při špičkovém odběru nepřesytilo, takže se magnetický odpor jádra zvětšil vzduchovou mezerou, jejíž délka se také dá vypočítat. Tím se samozřejmě snížila i indukčnost, ale zato se neměnila s kolísáním odebíraného proudu.
Řekněme, že použiješ dvoucestné usměrnění nebo můstek pracující do elektrolytu 4700 µF, následuje tlumivka v sérii a další blokování kondenzátorem 4700 µF. Schválně neuvádím % zvlnění ani milivolty, protože odběr nebuse konstantní a zvlnění na prvním kondíku s odběrem roste.
Dále, že budeš požadovat, aby zvlnění na druhém kondíku bylo o 40 dB menší (tedy zeslabené na setinu), než na prvním. V tom případě potřebuješ tlumivku o indukčnosti nejméně 54 mH, to už pár závitů dá. Těch pár závitů krát 3 A ti dá ampérzávity a jim bude odpovídat železové jádro (teď to nebudu hledat v nomogramech, ale odhaduji to na jádro s průřezem středního sloupku nejméně 25x25 mm a vzduchovou mezeru mezi E a I asi 0,4 mm). Samozřejmě můžeš z požadavku na účinek filtru slevit, pak vyjde celá tlumivka menší.
Ale rozměry a hmotnost bývají tím hlavním důvodem, proč se polovodičová zapojení konstruují přednostně tak, aby se zvlnění napájecího napětí do určité úrovně dalo zanedbat, protože ve výsledku neruší.

Jirka48 · #13 Příspěvek od **Jirka48** » 29 říj 2023, 21:28

Ahoj Hille, díky za vysvětlení. Bude se mi lehčeji spát, že jsem neopominul nějaké důležité řešení. Není nad rozumné vysvětlení praktika.
Ještě jednou děkuju.

DukeNuke · #14 Příspěvek od **DukeNuke** » 29 říj 2023, 22:22

Já vyhrabal Slávu Nečáska - Radiotechnika do kapsy. Jsou tam sice empirické vzorce a určitě to bylo pro elektronkové zdroje, ale možná by to platilo i zde.
Ub₂=(2,53*Ub₁)/(L*C), [V,V,H,uF]kde:
Ub₂ je zvlnění za filtrem
Ub₁ je zvlnění před filtrem
L je indukčnost tlumivky
C je kapacita kondenzátoru
Vzorec je pro dvoucestné usměrnění.
Takže pokud naměříš Ub₁ a víš jaké chceš maximální zvlnění Ub₂, tak si můžeš dopočítat potřebnou indukčnost.
A výpočet tlumivky má na str. 195.
Ale netuším, jestli je to ještě poplatné dnešní době.

danhard · #15 Příspěvek od **danhard** » 30 říj 2023, 06:11

Jirka48 píše:Díky přátelé, asi to už ukončíme. Děkuju všem, co mi tady odpovídali, bylo to pro mě přínosné, asi tam dám jen jeden elektrolyt 4 700 µF/35 V.

Asi by Ti měl někdo taky vysvětlit, jaké tam bude napětí bez zatížení při přepětí v síti