Линейный бок питания с малыми пульсациями для питания платы OCXO 10MHz
Преамбула:
Линейный стабилизированный блок питания с минимальными пульсациями для модуля OXCO. Для работы чувствительных схем требуется минимизировать помехи и пульсации по цепям питания. Как это сделать? Варианты решения задачи ниже.
Возникла простая задача — есть три частотомера YITENSEN 3165 (самый старый, кстати в нём нет режима СЧЁТЧИК ИМПУЛЬСОВ), Sanjian Studio PLJ-091OLED-L1 (в корпусе ручки, но с проблемами во входном формирователе и очень чувствительный к помехам по питанию (в его схеме нет их фильтрации): его входной ФВЧ срезает частоты ниже 3 КГц (заявлен диапазон измеряемых частот 200 Гц… 100 МГц при чувствительности от 40 mVrms) на частоте 400 Гц чувствительность прибора 10Vp и приближается к заявленной на частотах выше 3,4 КГц ) и новый Longwei TFC-2700L (в новой прошивке изменили алгоритм самотестирования — проверяются только семисегментные индикаторы и их дешифратор, для проверки счётчиков соединяем кабелем выход 13 МГц (HCMOS, Square, 5,5V) со входом А, ставим режим измерения 10 МГц, время счёта 1 сек — должны получить на дисплее 13000.0000 КГц) на днях получил и встал вопрос — кому доверять?
Судя по диагностике Longwei TFC-2700L настроен правильно, а YITENSEN и Sanjian Studio требуют подстройки. Для теста используется выход 13 МГц частотомера Longwei, а другие приборы подключены через цепочку кабелей RG-58, длинная линия не согласована (для HCMOS/CMOS логики низкоомная нагрузка равносильна короткому замыканию с последствиями в виде падения амплитуды сигнала до долей вольта, в худшем случае горят выходные транзисторы, ну а наработка на отказ схемы в любом случае снижается в сотни раз и более):
Постановка задачи:
Для проверки частотомеров нужен эталонный источник сигнала с фиксированной и стабильной во времени частотой, например калибратор, идеально (в порядке возрастания стабильности и точности) рубидиевый, цезиевый или водородный стандарт времени и частоты, или GPSDo калибратор
, но GPSDO у меня нет и его покупка не имеет смысла т.к. для этого решения данной задачи достаточно генератора с точностью настройки на порядок выше точности прибора (читайте основы метрологии). Таким требованиям отвечают платы опорных генераторов на базе модулей ОXСО, а для их питания нужен БП отвечающий таким требованиям:
малые пульсации, не создающий помех по цепям питания, со стабильным выходным напряжением в широком диапазоне изменений тока нагрузки и изменении входного напряжения.
Собственно выделенные курсивом требования к БП и есть постановка задачи в общем виде.
Оговорюсь сразу — расчёты я приводить не стану, но ряд полезных формул приведу, а сам текст носит слегка учебный характер — надоело чужие ляпы править, особенно современных «одипломленных», и может кому-то изложенное пригодится.
По результатам анализа задачи и с учётом основ метрологи была выбрана плата опорного генератора sz-plaza.com 10 MHz OXCO module использующая напряжение питания 7V… 13V при максимальном токе потребления 0,8А.
При анализе задачи видим что требуется не создающий помех источник питания постоянного тока (любые импульсные БП с ШИМ имеют прямоугольную форму сигнала и создают помехи в полосе от частоты преобразования до 95-й/96-й гармоники имеющей уровень ~ -70 dB от амплитуды первой — второй гармоник. Источник этих помех ЭДС противоиндукции -U=LdI/dt обмоток силовых трансформаторов и дросселей схемы), например аккумуляторная батарея или линейный стабилизатор, т.к. импульсный БП нам не подходит из-за генерируемых им при работе помех, а аккумуляторы придётся включать последовательно (литиевые требуют схем BMS и защиты) видим, что нужен быстродействующий стабилизатор с хорошим подавлением пульсаций, высоким коэффициентом стабилизации и желательно с малым нагревом на токи от 1А.
Смотрим что подойдёт? Трансформаторная схема с питанием от сети 50 Гц, мостовой выпрямитель с ёмкостным фильтром и для минимизации нагрева LDO стабилизатор с малой разницей напряжений dU= Uin — Uout. Считаем.
Для выбранного модуля нужно 7V… 13V 0,8A, возьмём с небольшим запасом — 8V 1А, допустимые потери в силовых проводах 0,2V при токе 1А, значит нам надо ~ 8,3V на выходе.
Смотрим на чём сделать? Для L7808 или LM317Т нужно напряжение на фильтре 16V, а значит будут сильно греться, да и разброс выходных напряжений у 78хх велик, значит LDO, но кто? AMS1117 отпадает по напряжению, LM29490? но и ей нужно 16V, а её предел по току 1А.
Расчёт для мостовой двухполупериодной схемы выпрямителя с емкостным фильтром для dU = 1V, коэффициента пульсаций 3% и минимальном напряжении сети 190V даёт напряжение на входе стабилизатора 11,3V, и напряжение вторичной обмотки трансформатора 10,3V, её ток 1,6А и его габаритную мощность 17 VA. Расчётная ёмкость конденсатора 8500 мкФ, прямой ток диода 3,5А.
Далее, выбирая диоды учитываем, что при работе на емкостную нагрузку максимально допустимый ток диода снижается до 80% допустимого прямого тока, и что падение напряжения на открытом диоде зависит от прямого тока, и при токе 0,3Iном… 0,5Iном обычно не превышает 0,6V… 0,7V. Учитывая вышесказанное видим что нам нужны диоды с номинальным током от 7А и с допустимым обратным напряжением 100V. Ну, с выпрямителем вроде определились, смотрим стабилизатор.
Для рассчитанного нами выпрямителя годится серия микросхем LDO стабилизаторов Micrel/MicroChip MIC29152/MIC29302/MIC29752. По току и падению напряжения на регулирующем транзисторе выбираем MIC29302А на 3А и по даташиту считаем делитель на входе ADJ:
R1= R2(Uвых/1,242 +1)
При этом не стоит увеличивать сопротивление R2 свыше 3,5КОм, а при индуктивном характере выходного сопротивления источника питания конденсатор С2 должен быть танталовым (иначе микросхема может самовозбудится) и шунтироваться керамическим ВЧ конденсатором ёмкостью не менее 470*Iн нФ. Так же надо предусмотреть цепь обеспечивающую минимальный выходной ток микросхемы 10 мА иначе она не запустится.
И маленькая хитрость — если взять трансформатор с заведомо большей габаритной мощностью, то можно взять вариант с меньшим, чем расчётное напряжением на вторичной обмотке. Много это не даст, но до 1,5V… 2V «вытащить» можно, хотя злоупотреблять этой возможностью нельзя.
С учётом всего вышесказанного рисуем схему и считаем систему охлаждения:
Площадь радиатора считаем для максимальной разнице dU по очень простой формуле:
S=1400*P/(Tмах — T — r*P), где
S — площадь радиатора. кв. см
P — рассеиваемая мощность, Вт [p=dU*I]
Tмах — максимальная температура кристалла (смотрим документацию)
T — максимальная температура окружающей среды
r — тепловое сопротивление «переход — корпус»
Конструкция простейшая — обвеска на макетной плате, чтобы детали не болтались, навесной монтаж проводом 22 AWG, корпус 170х120х60. В нём срезаем стойки над трансформатором — иначе не закроется. И имеем:
при токе 1,07А уровень пульсаций на выходе БП ниже порога чувствительности приборов, но при измерении через конденсатор милливольтметр показал что их уровень ниже 0,4 mV на частоте 100 Гц.
По сходной схеме был реализован и стабилизатор Sanjian Studio PLJ-091OLED-L1, но там трансформатор внешний, а стабилитроны подавляют помехи и защищают вход микросхемы AMS1117 от пробоя:
и эта схема БП решила проблему помех по питанию для данного прибора.
Линейный стабилизированный блок питания с минимальными пульсациями для модуля OXCO. Для работы чувствительных схем требуется минимизировать помехи и пульсации по цепям питания. Как это сделать? Варианты решения задачи ниже.
Возникла простая задача — есть три частотомера YITENSEN 3165 (самый старый, кстати в нём нет режима СЧЁТЧИК ИМПУЛЬСОВ), Sanjian Studio PLJ-091OLED-L1 (в корпусе ручки, но с проблемами во входном формирователе и очень чувствительный к помехам по питанию (в его схеме нет их фильтрации): его входной ФВЧ срезает частоты ниже 3 КГц (заявлен диапазон измеряемых частот 200 Гц… 100 МГц при чувствительности от 40 mVrms) на частоте 400 Гц чувствительность прибора 10Vp и приближается к заявленной на частотах выше 3,4 КГц ) и новый Longwei TFC-2700L (в новой прошивке изменили алгоритм самотестирования — проверяются только семисегментные индикаторы и их дешифратор, для проверки счётчиков соединяем кабелем выход 13 МГц (HCMOS, Square, 5,5V) со входом А, ставим режим измерения 10 МГц, время счёта 1 сек — должны получить на дисплее 13000.0000 КГц) на днях получил и встал вопрос — кому доверять?
Судя по диагностике Longwei TFC-2700L настроен правильно, а YITENSEN и Sanjian Studio требуют подстройки. Для теста используется выход 13 МГц частотомера Longwei, а другие приборы подключены через цепочку кабелей RG-58, длинная линия не согласована (для HCMOS/CMOS логики низкоомная нагрузка равносильна короткому замыканию с последствиями в виде падения амплитуды сигнала до долей вольта, в худшем случае горят выходные транзисторы, ну а наработка на отказ схемы в любом случае снижается в сотни раз и более):
Постановка задачи:
Для проверки частотомеров нужен эталонный источник сигнала с фиксированной и стабильной во времени частотой, например калибратор, идеально (в порядке возрастания стабильности и точности) рубидиевый, цезиевый или водородный стандарт времени и частоты, или GPSDo калибратор
, но GPSDO у меня нет и его покупка не имеет смысла т.к. для этого решения данной задачи достаточно генератора с точностью настройки на порядок выше точности прибора (читайте основы метрологии). Таким требованиям отвечают платы опорных генераторов на базе модулей ОXСО, а для их питания нужен БП отвечающий таким требованиям:
малые пульсации, не создающий помех по цепям питания, со стабильным выходным напряжением в широком диапазоне изменений тока нагрузки и изменении входного напряжения.
Собственно выделенные курсивом требования к БП и есть постановка задачи в общем виде.
Оговорюсь сразу — расчёты я приводить не стану, но ряд полезных формул приведу, а сам текст носит слегка учебный характер — надоело чужие ляпы править, особенно современных «одипломленных», и может кому-то изложенное пригодится.
По результатам анализа задачи и с учётом основ метрологи была выбрана плата опорного генератора sz-plaza.com 10 MHz OXCO module использующая напряжение питания 7V… 13V при максимальном токе потребления 0,8А.
При анализе задачи видим что требуется не создающий помех источник питания постоянного тока (любые импульсные БП с ШИМ имеют прямоугольную форму сигнала и создают помехи в полосе от частоты преобразования до 95-й/96-й гармоники имеющей уровень ~ -70 dB от амплитуды первой — второй гармоник. Источник этих помех ЭДС противоиндукции -U=LdI/dt обмоток силовых трансформаторов и дросселей схемы), например аккумуляторная батарея или линейный стабилизатор, т.к. импульсный БП нам не подходит из-за генерируемых им при работе помех, а аккумуляторы придётся включать последовательно (литиевые требуют схем BMS и защиты) видим, что нужен быстродействующий стабилизатор с хорошим подавлением пульсаций, высоким коэффициентом стабилизации и желательно с малым нагревом на токи от 1А.
Смотрим что подойдёт? Трансформаторная схема с питанием от сети 50 Гц, мостовой выпрямитель с ёмкостным фильтром и для минимизации нагрева LDO стабилизатор с малой разницей напряжений dU= Uin — Uout. Считаем.
Для выбранного модуля нужно 7V… 13V 0,8A, возьмём с небольшим запасом — 8V 1А, допустимые потери в силовых проводах 0,2V при токе 1А, значит нам надо ~ 8,3V на выходе.
Смотрим на чём сделать? Для L7808 или LM317Т нужно напряжение на фильтре 16V, а значит будут сильно греться, да и разброс выходных напряжений у 78хх велик, значит LDO, но кто? AMS1117 отпадает по напряжению, LM29490? но и ей нужно 16V, а её предел по току 1А.
Расчёт для мостовой двухполупериодной схемы выпрямителя с емкостным фильтром для dU = 1V, коэффициента пульсаций 3% и минимальном напряжении сети 190V даёт напряжение на входе стабилизатора 11,3V, и напряжение вторичной обмотки трансформатора 10,3V, её ток 1,6А и его габаритную мощность 17 VA. Расчётная ёмкость конденсатора 8500 мкФ, прямой ток диода 3,5А.
Далее, выбирая диоды учитываем, что при работе на емкостную нагрузку максимально допустимый ток диода снижается до 80% допустимого прямого тока, и что падение напряжения на открытом диоде зависит от прямого тока, и при токе 0,3Iном… 0,5Iном обычно не превышает 0,6V… 0,7V. Учитывая вышесказанное видим что нам нужны диоды с номинальным током от 7А и с допустимым обратным напряжением 100V. Ну, с выпрямителем вроде определились, смотрим стабилизатор.
Для рассчитанного нами выпрямителя годится серия микросхем LDO стабилизаторов Micrel/MicroChip MIC29152/MIC29302/MIC29752. По току и падению напряжения на регулирующем транзисторе выбираем MIC29302А на 3А и по даташиту считаем делитель на входе ADJ:
R1= R2(Uвых/1,242 +1)
При этом не стоит увеличивать сопротивление R2 свыше 3,5КОм, а при индуктивном характере выходного сопротивления источника питания конденсатор С2 должен быть танталовым (иначе микросхема может самовозбудится) и шунтироваться керамическим ВЧ конденсатором ёмкостью не менее 470*Iн нФ. Так же надо предусмотреть цепь обеспечивающую минимальный выходной ток микросхемы 10 мА иначе она не запустится.
И маленькая хитрость — если взять трансформатор с заведомо большей габаритной мощностью, то можно взять вариант с меньшим, чем расчётное напряжением на вторичной обмотке. Много это не даст, но до 1,5V… 2V «вытащить» можно, хотя злоупотреблять этой возможностью нельзя.
С учётом всего вышесказанного рисуем схему и считаем систему охлаждения:
Площадь радиатора считаем для максимальной разнице dU по очень простой формуле:
S=1400*P/(Tмах — T — r*P), где
S — площадь радиатора. кв. см
P — рассеиваемая мощность, Вт [p=dU*I]
Tмах — максимальная температура кристалла (смотрим документацию)
T — максимальная температура окружающей среды
r — тепловое сопротивление «переход — корпус»
Конструкция простейшая — обвеска на макетной плате, чтобы детали не болтались, навесной монтаж проводом 22 AWG, корпус 170х120х60. В нём срезаем стойки над трансформатором — иначе не закроется. И имеем:
при токе 1,07А уровень пульсаций на выходе БП ниже порога чувствительности приборов, но при измерении через конденсатор милливольтметр показал что их уровень ниже 0,4 mV на частоте 100 Гц.
По сходной схеме был реализован и стабилизатор Sanjian Studio PLJ-091OLED-L1, но там трансформатор внешний, а стабилитроны подавляют помехи и защищают вход микросхемы AMS1117 от пробоя:
и эта схема БП решила проблему помех по питанию для данного прибора.
Самые обсуждаемые обзоры
| +31 |
1793
62
|
| +81 |
4499
75
|
| +92 |
5316
47
|
| +80 |
3086
58
|
Чтобы запитать прибор, который используется для поверки, т.е. включается раз в год на 10 минут, при этом не требует стабильного (стаб на нём распаян), а лишь «бесшумного» питания. Приклеить к нему кроватку на 8*АА и купить две пачки Энелупов. Ну если хочется «дорого-богато» и относительно стабильно — то кроватку на 4 CR123A. Ну если ооочень хочется поверять свои приборы раз в месяц — то купить 4*16340 LiFePO4 и зарядку. Ну если вообще прямо хочется держать генератор включенным и доооолго настраивать частотомер — то принести из машины аккум на один вечер домой.
неонкачто-то вроде 7805.Проецирую свою обстановку — у меня в ближнем радиомагазине до их пор продаются такие ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ БП (от D-Link).
Брал себе домой из-за нужного вместительно корпуса для поделок. Нужен был только сам корпус. Значит их полно на всяких Авито.
Автору нужно стабильное напряжение в течении длительного времени.