电源需要清洁但绝对电源电压不重要时,纹波消除器(也称为纹波器,回转器或电子滤波器)非常有用。这些电路的典型应用是A类功率放大器。与线性稳压器相比,它们可以节省更少的功率,因为​​它们可以适应输入电压。

然而,存在一些不可避免的损失:至少它们必须降低预期的峰值纹波电压,并且它们本身也需要一些操作裕度。



所有这些都容易达到几伏,导致相应的功率浪费。

从理论上讲,纯粹的无源滤波器可以做得更好,但即使使用大型电感器,也总会出现焦耳损耗。此外,这种滤波器成本高,并且提供不完美的纹波抑制。

这个设计理念结合了这两种方法,并且还增加了一些自己的技巧来实现近乎完美的混合滤波器。

该电路基于变压器T1,其次级与待滤波电源串联。因此,从输入电压中减去次级电压,如果它与纹波电压完全相等,则会发生完美的消除,从而产生纯DC输出。

变压器的初级连接到产生合适电压的误差放大器。基本上,两种策略是可能的:开环和闭环。两者都可以工作,并具有其特殊性:开环方法对输入纹波进行采样,精确调整,并将其发送到变压器。取消的有效性取决于无源元件的准确性。

闭环电路对输出进行采样并调整误差电压,以消除任何纹波。这种技术不太依赖于精度,但与任何伺服系统一样,过程的准确性取决于环路增益,这反过来又会导致稳定性问题。这里介绍的电路是闭环的。



图1  纹波消除器

使用变压器的一个反对意见是流过其次级的大直流电流; 正常的,无空载的变压器在没有饱和的情况下不能容忍很多DC,并且有间隙的变压器要大得多。在这里,问题以优雅的方式得到解决:变压器工作在补偿模式,主要接收完全相同的直流放大器•转为次要。为此,误差放大器在A类中工作,并且其偏置电流被伺服到输出电流。电流由R5检测,Q1至Q3通过R2和R3镜像缩放版本。这确保T1始终看到零净通量。

Q2是误差放大器,它通过C4在其发射极上接收误差电压。

在这样的电路中不能轻易地解决稳定性问题 :将大量增益与许多无功元件相结合,电路有许多机会变成各种频率的振荡器。R9,R11,C5和C2确保低频补偿。C1负责高频部门。在实践中已经发现电路在没有它的情况下保持稳定,但我建议将其保留。

当输入电源不够“硬”时,也会出现不太明显的稳定性问题。当内部电阻变高时,轻负载会发生这种情况。当电路试图补偿输入电压的下降时,放大器瞬间吸收更多电流,如果这导致输入电压进一步下降,则会产生正反应和不稳定性,从而引起电动机行驶。该现象类似于右半平面零,并且几乎不可能使用传统方法进行补偿,同时不会破坏电路的性能。



图2  在某些情况下可能需要额外的过滤器。

在中等情况下,与初级串联的简单过滤器可能就足够了(图2A)。在困难的情况下,需要有源电路(图2B)。该电路通过复制误差放大器吸收的电流来工作:R2,R5,R6和R7布置在桥中,并且由于R2大约是R7的一半,因此Q1和Q2试图使R2的电流为R7的两倍。但是C2延迟了动作,这意味着短期内,输入电流是不变的,因此消除了RHP零点。双电流法可确保电路永不动态。请注意,大多数情况下,不需要此电路。


实施说明

最大纹波抑制能力由T1的比率设定:n = 200 /(纹波PP%)。

这又设定R2 || R3与R5的比率。

变压器的磁化电感必须足够大,以使放大器能够完全摆动。这要求L m >(n•V IN)/(2πf•I OUT)。

建议对这些值提供一些余量,特别是磁化电感L m,其应该是最小值的两倍以上。


性能

图3显示了抑制和输出阻抗曲线。相关频率范围的抑制大于40dB,最大100Hz超过46dB。输出阻抗也令人印象深刻:放大器的增益不仅有助于纹波抑制,还有助于降低输出阻抗。



图3  输出阻抗和纹波抑制

唯一的损失是由R5和变压器次级的电阻引起的。它们可能不是零,但是它们非常低,几乎50%的时间电路都有负下降!

这种卓越的性能只需要一个中等大小的变压器。让我们举一个不利的例子:50V / 5A电源具有高达10%的纹波。次级/核心必须具有足够高的V•s产品,以适应大约2V RMS纹波。使用5A电流,可获得10VA的额定值。但由于纹波是电源频率的两倍,这意味着5VA实际上足以满足这种严重波动的250W电源。