Hochleistungstoleranter (10-20 W) LC-Filter

Ich muss einen passiven Hochpassfilter bauen, der eine Grenzfrequenz von 2-3 kHz hat. Klingt einfach? Es muss zwischen 10 und 20 W RMS-Leistung bei 20 kHz durchlassen, ohne zu überhitzen und "Bang" zu machen.

Der Zweck dieser Schaltung besteht darin, ein Nichromdraht-Heizelement mit Wechselstrom zu versorgen, wodurch n*50 Hz-Verstärkerrauschen aufgrund der Netzstromfrequenz vermieden wird. Die Effektivspannung liegt unter 20 V und der Strom unter 1 A.

In einem früheren Versuch habe ich versucht, die folgende Schaltung aufzubauen, wobei R1 die Nichrom-Drahtheizung und C1 zwei gegenüberliegende 100-uF-Elektrolytkondensatoren in Reihe sind (miteinander verbundene Kathoden):

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Dies funktionierte ungefähr 10 Sekunden lang, dann explodierte einer der Kondensatoren:

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Meine Fragen sind:

  • Was glaubst du, ist bei meinem Versuch schief gelaufen? zB War eine 35-V-Kondensatorleistung nicht hoch genug oder war eine Kühlung erforderlich?

  • Was würden Sie vorschlagen, wird der Schaltung die beste Chance geben, wie beabsichtigt zu funktionieren.

Die Kappen dürfen weder polarisiert noch hoch ESR sein, um den hohen Ripple-Strom zu handhaben. Der Drahttyp ist aufgrund des Skin-Effekts ebenfalls wichtig. WAS steht noch auf dem Spiel? und warum interessiert dich n*50Hz?
Danke für den Kommentar zu ESR. Wenn Sie oder andere eine vollständige Antwort darauf posten können, was das im Kontext dieser Frage bedeutet, wäre ich Ihnen dankbar. Es ist wirklich nebensächlich, aber wenn Sie es wissen wollen, wird die Heizung in einer empfindlichen magnetischen Umgebung verwendet, in der Streufelder mit einer Frequenz < 1 kHz minimiert werden müssen.
Wenn Sie die Anforderungen nicht besser definieren, ist jede Antwort suboptimal. Maximale Magnetfeldpegel (f) und Kabelauswahl, Quelle (Impedanz und Frequenztoleranz) Das Vermeiden von Explosionen ist einfach, auch das Budget oder andere Einschränkungen. (Kabellänge) Warum nicht DC? (Ist das zu einfach?)
Ich kann dir geben, was ich weiß. Die Quelle ist ein 500-W-Audioverstärker mit einer Nennfrequenz von 25 kHz, der Ausgang ist ein 20-kHz-Sinus bei 15 V plus <50 mV n * 50-Hz-Welligkeit, die ich loswerden möchte. Die Last ist Nichrom-Draht 35 Ohm, 32 Gauge. Die Quelle und die Last sind mit BNC-Kabeln und dem Steckbrett verbunden, das Sie auf dem Foto sehen. So ziemlich alles, was ich brauche, ist eine Anleitung zur Vermeidung von Explosionen.
DC erzeugt auch einen magnetischen Hintergrund, den ich vermeiden möchte, sodass diese Methode ausgeschlossen ist. (einige hundert nT, klingt klein, ist aber für mich ein Killer)
Wie groß ist n? Alle Filter sollten definiert werden durch Quelllastimpedanz (ich nehme an <0,1), Durchlassbereich 20k+/20%, Bandunterdrückung f,dB ??
Das andere Ende anpacken? Überprüfen Sie, welche Art von Stromversorgung der Verstärker hat. Könnte auch nur ein Brückengleichrichter + Kappen sein. Wenn Sie ein paar Watt übrig haben, können Sie die Spannung etwas senken und einen Regler in die Zuleitung einbauen.
Wäre es besser, mehr Leistung mit parallel gefalteten 4-Ohm-Nichrome zu erhalten? Wie 100W?
Das Sperrband ist DC bis ~1 kHz. Im Moment möchte ich das Heizungsgeräusch in diesem Frequenzbereich minimieren, anstatt es komplett neu zu gestalten. Eine höhere Leistung ist sicherlich möglich, aber ich möchte den Strom im Stromkreis minimieren, der wiederum ein Magnetfeld erzeugt. Daher der relativ hohe Lastwiderstand.
Schauen Sie sich die Komponenten an, die in Lautsprecherweichen verwendet werden, insbesondere die HF-Sektionen.
Wollen Sie nur 20 kHz durchlassen - wenn ja, warum nicht einen Bandpassfilter verwenden?

Antworten (3)

TL/DR: Verwenden Sie eine große Filmkappe, wie eine Motorkappe .

DC erzeugt auch einen magnetischen Hintergrund, den ich vermeiden möchte, sodass diese Methode ausgeschlossen ist.

Verwenden Sie ein nicht-induktives Muster für Ihren Nichrom-Draht, dies hebt das Magnetfeld auf.

Was glaubst du, ist bei meinem Versuch schief gelaufen? zB War eine 35-V-Kondensatorleistung nicht hoch genug oder war eine Kühlung erforderlich?

Eine 100-µF-Universalkappe hat etwa 1-2 Ohm ESR, was ein Widerstand ist, sodass sie Strom in Wärme umwandelt. Dies erzeugt genug Wärme, um den Kondensator zu explodieren. Es ist ziemlich klein, es kann nicht zu viel Wärme abführen.

Sie benötigen eine niedrige ESR-Kappe. Eine gute Idee wäre eine Obergrenze, die für einen Ripple-Strom spezifiziert ist, der höher ist als der Wechselstrom, den Sie durchlaufen. (das ist die Idee mit der Welligkeitsstromspezifikation).

Keramik hat eine spannungsabhängige Kapazität, aber die Spannung über der Kappe wird klein sein. Keramik kann also eine Option sein. Sie können jede parallele Kombination von Kondensatoren verwenden, die für geringere Kosten optimiert sind, wie z. B. 10 x 10 µF 25 V-Kappen. Beachten Sie, dass die Wellenform dadurch etwas verzerrt wird.

Es wird schwierig sein, 100-µF-Aluminiumkappen mit ausreichend niedrigem ESR und ausreichend hohem Welligkeitsstrom zu finden, aber Sie können Polymerkappen verwenden, die gut funktionieren sollten.

Ich mache mir keine Sorgen um die Größe der Kondensatoren, Polypropylenfolie scheint mir eine gute Option zu sein.
@MichaelT ja, außerdem sind die großen Motorkappen auch ziemlich billig (und sehr robust)
Ein 1-uF-Polypropylenfolienkondensator hat für mich funktioniert. Am Ende war ein Filter erster Ordnung (ohne Induktor) ausreichend.

Dies ist der richtige Weg, um aus gewöhnlichen Elektrolyten einen nicht polarisierten Kondensator zu bauen. Die Dioden sind zwingend erforderlich, um jeden Kondensator vor Verpolung zu schützen. Das ist möglicherweise das, was sie vorher umgehauen hat. Jetzt beträgt die Sperrspannung an jedem etwa -0,7 Volt.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Danke, das Datenblatt 1N4007 besagt, dass der maximale Nennstrom 1 A beträgt. Ich könnte zwei parallel zu jedem Kondensator schalten, um eine bessere Sicherheitsmarge zu erzielen.
Oder verwenden Sie 1N5408 3A-Dioden.
Your filter:                My Filter:

Type: 2nd order HPF         3rd order HPF
Peak: 8 kHz +12 dB          +13 dB @20 kHz
Attenuation:   
   100 Hz:  -75 dB          -130 dB
  1000 Hz:  -35 dB           -70 dB

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

ECWF4754JL  0.75 uF film PP radial ( 3pc )

Die gepaarten Teile führen hier bei Resonanz mehr als den doppelten Strom, also den gemeinsamen Strom.

Wenn Sie Ihre eigene Lackdrahtdrossel wickeln, können Sie > 100 W RMS oder > 200 W Spitze an 4 Ohm treiben.
30 uH an 34 Ohm,
40 uH an 4 Ohm für 20 kHzGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Warum für 10 bis 20 W zu wenig auslegen, wenn man für 100 W zu viel auslegen kann?

Ich habe mich gefragt, ob ich die Resonanzfrequenz auf die Frequenz meines Wechselstromausgangs (20 kHz) setzen soll. Gibt es irgendwelche Nachteile, dies zu tun? Zeitliche Stabilität der Heizleistung wird reduziert?
Hochleistungstoleranter (10-20 W) LC-Filter
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