Verwendung einer Induktivität zum Filtern

Es gibt zwei Möglichkeiten, Mathematik und Modellierung mit Schaltungen, Analyse und Synthese zu verwenden.

In der idealen Welt würden wir Synthese verwenden. Ausgehend von einer Spezifikation, welche Frequenzen Sie um wie viel dämpfen möchten, wenn Sie durch den Filter gehen, würden wir eine Formel dafür entwickeln, welche Wertkomponenten im Filter verwendet werden sollen.

Die meisten von uns sind jedoch nicht so schlau, also verwenden wir Analysen oder sogar einen Schaltungssimulator. Was macht die Schaltung angesichts dieser Komponentenwerte? Dann vergleichen wir, was die Schaltung tut, mit dem, was wir glauben, dass die Schaltung tun soll, nehmen Änderungen vor, spülen und wiederholen.

Diese 4,7 uH wurden durch eine dieser beiden Methoden erreicht, da ein (für den Designer oder Kunden) geeigneter Dämpfungspegel für unerwünschte Hochfrequenzsignale erreicht wurde.

Warum sie speziell 4,7 uH verwenden, ist jede mathematische Berechnung vorhanden

Die Hauptfilterung wird an der Spannung über dem Motor in Bezug auf die 48-Volt-Stromquelle (der Eingang) durchgeführt. Vergessen Sie vorerst, dass es sich um einen Pi-Filter handelt, und ignorieren Sie die Kondensatoren auf der Stromversorgungsseite links. Die Gesamtkapazität über dem Motor beträgt 445 uF und mit der 4,7-uH-Induktivität kann die Resonanzfrequenz berechnet werden durch: -

Setzen Sie die Zahlen ein und es entspricht 3,48 kHz.

Der Schaltplan sagt uns auch, was der Sättigungsstrom für die Induktivität ist. Es sagt 78 Ampere aus, also ist diese Schaltung für Hochstromanwendungen gedacht und eine Schätzung der äquivalenten Last, die der Motor bei voller Geschwindigkeit darstellt, könnte etwa 2 Ohm betragen. Ich gehe dabei von einem Volllaststrom von ~26 Ampere aus, also einem Drittel des angegebenen Induktorsättigungsstroms. Dies ist natürlich nur eine Schätzung.

Und hier sehe ich ein Problem. Wenn ich den Qualitätsfaktor dieser Schaltung unter der Annahme einer 2-Ohm-Last berechnet habe, erhalte ich einen Wert von fast 20. Dies basiert auf: -

Dieser Q-Pegel macht mir Sorgen, weil er bedeutet, dass, wenn ein Schritteingang von 48 Volt an den Eingang (linke Seite) angelegt wird, die resultierende transiente Reaktion über den Motor und die Kondensatoren einen Spitzenwert von 92,3 Volt erreichen könnte. Siehe diese Simulation: -

Interaktiver Filterlink .

Mit anderen Worten, dies ist für meinen Geschmack zu nah an den Spannungsgrenzen der Kondensatoren. Ich möchte, dass die Spitzenspannung nicht mehr als 70% der Nennspannung des Kondensators beträgt. Ich bin auch besorgt über die Ripple-Stromwerte für die Kondensatoren.

Diese werden nicht erwähnt, aber der Welligkeitsstrom kann basierend auf dem Szenario mit geringer Last geschätzt werden, bei dem eine Sprungeingangsantwort eine lange abklingende Sinuswelle über den Kondensatoren von 96 Volt pp erzeugen könnte. Dies ist eine RMS-Spannung von 34 Volt bei einer Frequenz von 3,48 kHz. Bei 3,48 kHz beträgt die gesamte kapazitive Reaktanz 0,1 Ohm. Die Kondensatoren haben natürlich einen ESR von vielleicht 0,5 Ohm. Wenn also 0,5 Ohm als Strombegrenzungsfaktor verwendet werden, könnte der Effektivstrom 68 Ampere betragen. Dies würde mich beunruhigen, wenn die Kondensatoren ohne Berücksichtigung des potenziellen Welligkeitsstroms ausgewählt würden.

Die Eingangskondensatoren über der 48-Volt-Schiene (die den Rest des Pi-Filters bilden) würde ich als Rauschunterdrücker betrachten. Jegliches Kommutierungsgeräusch, das vom Motor herrührt, der von den 445 uF nicht halb totgeschlagen wird, würde durch die Eingangskondensatoren weiter reduziert.

Auf den ersten Blick würde ich mich damit als Design befassen (zwischen den Zeilen lesen).

Wie in einer anderen Antwort erwähnt, gibt es einige Bedenken hinsichtlich der Spitzenwerte im LC-Schaltkreis.

Beim PI-Filter zirkuliert Energie in einer Schleife. Die linken Kondensatoren sind mit den (viel größeren) rechten Kondensatoren in Reihe geschaltet, sodass die linken Kappen das Äquivalent C einstellen. Mit 2 10uF in Reihe ist das Äquivalent 5uF.

Basierend auf einem Ziel für die Dämpfung ist eine gute Zahl für den Widerstand

R_dämpf = sqrt(L/C)

R_dampen = sqrt (4,7 uF / 5 uF) = EIN OHM.