Wie unterdrücken Sie prellbedingte Einschaltspitzen im DC-Werkbanknetzteil?

Ich verfeinere mein DC-Banknetzteildesign. Es funktioniert im Allgemeinen recht gut auf Veroboard, also dachte ich, ich würde zu SMD-Leiterplatten übergehen und das Design verfeinern, während ich ein paar der Feinheiten ausarbeite. Dieses Projekt ist ein "Re-Darm" eines klassischen HP 721A DC Tischnetzteils, das derzeit auf dem "Steckbrett" so aussieht. Die kleine quadratische 35-mm-Platine auf der rechten Seite ist der Spannungsfehlerverstärker.

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Als ich mir den Einschalttransienten genauer ansah, bemerkte ich einige halbzufällige Hochfrequenzspitzen (10 s MHz) (vielleicht 5 V Spitze) an den Ausgangsanschlüssen während des Einschaltens.

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Der Schaltplan sieht so aus. Die V.unreg-Spannungsquelle stellt die Vollwellen-Gleichrichtung der Sekundärwicklung des Transformators in einen 500-uF-Filterkondensator dar, der alle beim 721A vorrätig ist.

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Basierend auf ein paar Beobachtungen bin ich zu dem Schluss gekommen, dass dies auf das Springen des Schalters im altmodischen Schalttafel-Kippschalter zurückzuführen ist, der das Netz (120 V) direkt an den Transformator anlegt:

  • Die Frequenz ist mindestens eine Größenordnung größer als die Bandbreite meines Operationsverstärkers und vielleicht das 50-fache seiner Grenzfrequenz (~ 100 kHz), wie konfiguriert. Außerdem ist die Regulierung felsenfest, nachdem die Schienen hochgefahren sind.
  • Die Spannungsspitzen treten lange vor dem Hochfahren der Bias-Stromschienen (+/- 15 V) und sogar vor dem Hochfahren des DC-Busses auf.
  • Die gleiche Art von Spitzen wird auf der "ursprünglichen" Schaltung von ca. 1957 beobachtet (ich habe sieben dieser 721As, lange Geschichte :)
  • Die Spikes erscheinen in unregelmäßigen Abständen und manchmal gar nicht. Sie erscheinen sicherlich nicht an konsistenten Stellen über mehrere Einschaltereignisse hinweg. Auch ihre Amplitude ist uneinheitlich, mal Null, mal ein Volt, mal 5V und mehr.

Ich bin mir nicht ganz sicher, wie die Spitzen durch das Durchgangsgerät gelangen, bevor es sich einschaltet, aber ich gehe davon aus, dass seine C-zu-E-Kapazität ausreicht, um sie an den Ausgang zu koppeln.

Ich suche nach Ratschlägen, wie ich mit diesen Spitzen umgehen soll. Hier sind einige Alternativen, die mir einfallen:

  1. Hören Sie auf, mit einem mechanischen Schalter an einer Versorgung mit "immer eingeschalteten" Ausgängen ein sauberes Einschalten zu erreichen. Akzeptieren Sie einfach, dass ich alle empfindlichen Lasten trennen muss, bevor Sie die Stromversorgung ein- und ausschalten, und fahren Sie fort.

  2. Entwerfen Sie einen Dämpfer für den Netzschalter, der diese Spitzen an ihrer Quelle minimiert und irgendwie vermeidet, dass kontinuierlich Watt an Leistung in den Abfluss geleitet werden, nur um die Einschalteigenschaften zu bereinigen.

  3. Arbeiten Sie mit einer anderen Art von Magie, auf die mich eine erfahrenere Hand hier hinweisen kann :)

  4. Holen Sie sich Lust und schalten Sie einen RC-verzögerten Zero-Sensing-TRIAC oder ähnliches zwischen den Schalter und den Transformator.

  5. Fügen Sie einen Ausgangsschalter hinzu, der wahrscheinlich auch schick sein müsste, vielleicht ein MOSFET, der von einer Verzögerungsschaltung gesteuert wird, um das Prellen dieses Schalters zu vermeiden. Dies würde dem Geist des Projekts etwas widersprechen, der darin besteht, dass es auf Lager aussieht, aber moderne Innereien hat :)

Hat jemand eine Idee, wie ich die Spitzen abmildern kann, ohne in die Extreme der Zugabe aktiver Komponenten zu gehen?

Mein Netzteil hat am Ausgang einen Serienschalter. Die Stromversorgung ist also eingeschaltet, während der Ausgangskreis von der Last getrennt, aber verdrahtet ist.
Vielleicht eine Art Snubber, aber Sie müssten nachforschen, um genau herauszufinden, wo das Klingeln auftritt.
Ein p-Kanal-JFET mit Gate, das mit einem Widerstand an Source gebunden ist, ist ein geschlossener Schalter und wird üblicherweise verwendet, um Ausgangsübergänge während des Einschaltens zu unterdrücken. (Möglicherweise muss 2 verwendet werden, da der Drain-Source-Durchbruch für die meisten Geräte ziemlich niedrig ist).

Antworten (2)

Sie sind verwirrt darüber, dass das Rauschen durchkommt, weil Ihre aktiven Filterelemente es nicht zulassen sollten.

Aber es gibt noch keinen Strom, also wie wird ein aktives Element das Rauschen filtern?

Wenn Sie eine klingelnde Versorgungsschiene haben, kann sich dieses Rauschen ziemlich leicht in der gesamten Elektronik ausbreiten und sogar verstärken, und die richtige Vorhersage oder Modellierung ist schwierig genug, dass die meisten Fachleute auch nur das Klingeln der Versorgung verhindern.

Um dies zu tun, würde ich es vorziehen, zunächst einen Zero-Crossing-Schalter auf der Primärseite zu haben (je nachdem, was am besten zu Ihren Umständen passt). Denn es verhindert auch, dass beim Einschalten Klingelgeräusche nach außen abgestrahlt werden.

Dann würde ich es vielleicht vorziehen, auch einen Low-Rds-on-Pass-MOSFET hinzuzufügen, der sich einige ms nach dem Einschalten der Kondensatoren der Hauptstromschiene einschaltet und über einer bestimmten Mindestspannung bleibt. Fügen Sie möglicherweise ein 1/10 des Kapazitätskondensators hinter dem MOSFET hinzu, damit die Elektronik in ihrer Einschaltkurve immer noch ein "langsames Einschalten" sieht, wenn Sie der Meinung sind, dass dies von Vorteil sein könnte.

Testen Sie auch das Einschalten eines anderen Originals, während Ihr neues in Regulierung ist, und sehen Sie, ob das jemals (geben Sie ihm ein Dutzend Versuche) ebenfalls Rauschen verursacht, vielleicht verhindert Ihr Rückkopplungsfilter dies, oder vielleicht benötigen Sie mehr Filterung wenn Sie es in einem Labor mit empfindlichen Lasten verwenden möchten.

Ein billiges Laborzubehör bei einem Kunden hatte riesige Klingelspitzen am Ausgang, wenn jemand anderes den Lötkolben einschaltete. Sehr ärgerlich bei $5000 pro Stück Prototypen.

Ich kann es jetzt sehen, Ihr Bankkollege fragt den anderen "Warum schreit Asmyldof jedes Mal, wenn ich nach dem Lötkolben greife?" :) Vielen Dank für diesen Asmyldof. Ich hatte Angst, dass es zu einer "schicken" Lösung kommen könnte. Auf der positiven Seite habe ich jedoch nach einem Grund gesucht, mit einem Nulldurchgangsschaltkreis zu experimentieren, und ich denke, dies ist meine Chance. Die Soft-Start-artige MOSFET-Idee ist auch interessant, das werde ich mir ansehen. Eines der kräftigeren Vorräte, die ich habe, verwendet so etwas, und ich hatte mich bis jetzt gefragt, warum. Danke noch einmal :)
In Bezug auf die Frage "Durchkommen von Rauschen" weiß ich, dass der aktive Filter ihn nicht stoppen wird, da er noch nicht mit Strom versorgt wird (und ich bezweifle, dass er bei diesen Frequenzen sowieso mithalten könnte). Allerdings ist die v B E für Q1 wäre auch Null, bis die Bias-Schienen hochkamen, also war ich mir nicht sicher, wie sich die Spitze durch einen Transistor ausbreiten würde, der ausgeschaltet war. Wäre es, wie ich vermutete, die Kollektor-Emitter-Kapazität, die die Hochfrequenzspitzen mit dem Ausgang koppelt?

Sie könnten einen Schalter in Reihe mit dem Ausgang der Stromversorgung hinzufügen. Sobald Sie das Netzteil einschalten, ist der Ausgang aufgrund des zusätzlichen Schalters nicht direkt mit einem Stromkreis verbunden. Daher kann die Spannungsspitze durch Hinzufügen des Schalters in Reihe mit dem Ausgang des Netzteils eliminiert werden.

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