Filtraggio AC-DC Switching PSU

[mdc93]

Salve a tutti, 

sto utilizzando un AC-DC switching converter  (MULP40-1330) per avere una 30VDC in uscita.

Ho bisogno che il ripple in uscita sia almeno quello dichiarato da datasheet (1%), in cui suggeriscono di utilizzare un elettrolitico da10uF ed un altro condensatore da 100nF per smoothing.

Purtroppo (allego foto oscilloscopio) l'uscita è super "sporca" con quegli strani picchi che mi alzano un sacco il Pk-Pk. Ho provato vari valori di condesatori ma nessuna soluzione per adesso.

Come posso fare per ridurre il più possibile quegli spike indesiderati?

Grazie mille a tutti

[ilguargua]

Prova fatta con carico o senza carico?

 

Ciao, Ale.

[Livio Orsini]

Non credo sia questione di filtraggio: o c'è uno "scavalco" interno all'alimentatore, oppure l'alimentatore non funziona correttamente.

La frequenza di switching è nell'intorno di 65kHz, mentre secondo misura quei picchi sono a 24kHz, inoltre sembrano un "burst", non l'uscita residua della commutazione.

Quello è un alimentatore open frame, la mancanza di un contenitore metallico messo a terra è una barriera in meno per eventuali irradiazioni.

 

Tra l'altro leggendo il datasheet si parla di ripple pari allo 1%, ovvero con 30V di uscita, si avrebbero 300mV picco-picco di ripple, ch non è poco.

Comunque quegli spikes da quasi 1Vpp non credo tiu possa eliminarli con un filtro. Puoi fare un tentativo con una cella L-C, af esempio 330µHy - 0.68µF, scegliendo un'induttore a bassa resistenza interna per minimizzarne la cdt in continua che, con I > 1A, può essere significativa

 

[mdc93]

Grazie per i pronti suggerimenti. Ho provato sia senza carico che con carico da 24k e gli spike ci sono sempre. 

Per quanto riguarda la tua risposta Livio, cosa intendi per "scavalco"? L'alimentatore è stato preso ed inserito in un case da strumentazione in plastica e collegato a 220 in ingresso, quindi non credo si sia potuto danneggiare per non funzionare correttamente.

Tra l'altro ho provato un AC-DC (tipo spinotto per cellulare) da 40V 200mA ed anche lì vedo gli spike che osservo qua.

Che sia una strana coincidenza?!

[Livio Orsini]

4 minuti fa, mdc93 ha scritto:

Tra l'altro ho provato un AC-DC (tipo spinotto per cellulare) da 40V 200mA ed anche lì vedo gli spike che osservo qua.

Che sia una strana coincidenza?!

 

No è una conferma di uno "scavalco". Ovvero il disturbo è esterno all'alimentatore.

Se è condotto e proviene dalla rete elettrica si può cercare di eliminarlo con un ottimo filtro di rete (io uso Shaffner), collegato ad un'ottima linea di terra.

Se, invece, fosse irradiato si potrebbe provare a racchiudere l'alimentatore in un contenitore di metallo magnetico, anche forato come una rete, e messo a terra tramite un'ottima linea di terra.

[mdc93]

Ok grazie dei suggerimenti. Hai un part number da suggerirmi per il filtro di rete?

 

[mdc93]

Mini aggioramento: provando ad inscatolare con un case metallico recuperato il problema è ancora presente (vedi immagini).

Ho provato un altro alimentatore da 12vdc (stile pc) e non ha gli spike. 🥵

 

[Livio Orsini]

13 minuti fa, mdc93 ha scritto:

Ho provato un altro alimentatore da 12vdc (stile pc) e non ha gli spike.

 

Quasi certamente è un alimentatore di qualità buona, sicuramente migliore degli altri 2. Soprattutto avrà un filtro di rete serio.

 

2 ore fa, mdc93 ha scritto:

Hai un part number da suggerirmi per il filtro di rete?

 

No. Il filtro lo deviscegliere in funzione della corrente assorbita.

 

16 minuti fa, mdc93 ha scritto:

provando ad inscatolare con un case metallico recuperato il problema è ancora presente (vedi immagini).

 

Il contenitore è di materiale magnito ed è stato messo a terra (con una buona linea di terra)?  Se non ci sono queste due caratteristiche serve a poco.

[mdc93]

Il contenitore è stato recuperato da un case di un vecchio alimentatore rotto, non so se sia di materiale magnito. Ho collegato il pin del connettore tripolare alla terra della scheda ed a sua volta lo chassis a terra tramite coccodrillo per provare (il coccodrillo è quello verde dell'immagine). 

La corrente assorbita dal carico è bassa, si parla di un 100mA massimo. Quindi tu dici che il disturbo è condotto e non irradiato?

 

[Ctec]

Con un carico da 100mA e mi pare di capire che il disturbo è intorno a 24kHz, potresti provare semplicemente con un buon condensatore da 100nF-470nF possibilmente poliestere a basso ESR (o più di uno in parallelo) e vedere se si attenua. Ancora meglio se fai un filtro C-L-C con componenti buoni. Correnti così basse con dovrebbero dare problemi.

Vedo poi che si tratta di un open frame, non ha schermatura propria, e dalla foto non mi pare abbia alcun filtro LC interno. Io ne metterei uno e riproverei.

[mdc93]

Allora: ho provato un filtro con induttanza in serie all'uscita (L=3.3 uH) e due condensatori in parallelo (C1=100nF, C2=220 uF elettrolitico) ed ho ottenuto un bel miglioramento.

Senza carico ho una fluttuazione minore, con carico da 2K maggiore. Ho messo le foto.

[Livio Orsini]

58 minuti fa, mdc93 ha scritto:

Ho collegato il pin del connettore tripolare alla terra della scheda ed a sua volta lo chassis a terra tramite coccodrillo per provare (il coccodrillo è quello verde dell'immagine). 

Ma la presa in cui infili la spina è connessa ad una buona linea di terra?

 

1 ora fa, mdc93 ha scritto:

La corrente assorbita dal carico è bassa, si parla di un 100mA massimo.

 

Il filtro di rete è all'ingresso dell'alimentatore e va scelto in funzione della massima corrente che può assorbire dalla rete.

 

1 ora fa, mdc93 ha scritto:

Quindi tu dici che il disturbo è condotto e non irradiato?

 

Non ne ho certezza assoluta, ma avendo letto che tu hai provato 3 alimentatori di cui 2 con questo stesso disturbo, ed uno no, presumo che il disturbo provenga dall'esterno; il fatto che la schermatura con contenitore metallico non abbia dato alcun miglioramento mi fa propendere per la conduzione del disturbo, piuttosto che da un'irradiazione.

 

Personalmente, visto che tu hai scritto:

5 ore fa, mdc93 ha scritto:

Ho bisogno che il ripple in uscita sia almeno quello dichiarato da datasheet (1%)

 

Sostituirei l'alimentatore con uno di buona qualità. Dato che l'entità del ripple dichiarato (0,3Vpp) è piuttosto eelevata, cosa che non depone sulla buona qualità del prodotto, la sostituzione dell'alimentatore con altro di qualità migliore è quasi obbligatoria.

[mdc93]

Purtroppo, con 30v in uscita non ho trovato nulla di meglio...conta che deve essere di dimensioni compatte. Hai qualche suggerimento di soluzione migliore? Perchè ho un po' cercato ma meglio di 1% di ripple non ho trovato.

 

[mdc93]

Ho messo un condensatore enorme da 2200uF assieme alla L ed al C menzionati prima ed il risultato è mostrato in allegato

 

[mdc93]

Approfitto della discussione, perché tra i modi per avere una tensione stabile c'è anche l'ipotesi zener (nel caso in cui il carico necessiti di bassa corrente), ed ahimé anche qua ho un forte dubbio.

In lab ho recuperato uno zener a 30v (con sopra scritto BZX85C30, quindi immagino sia quello il P/N).

Utilizzando l'alimentatore da 40v menzionato prima, e riprendendo qualche vecchio appunto di elettronica, ho dimensionato la resistenza da mettere a protezione del diodo in questo modo, con un carico RL=1K.

Rs=(Vin-Vz)/Iz dove Vz=30v e Vin è 40v, Iz l'ho calcolata facendo Pd/Vz=1.3W/30V=43mA. 

La Rs=232 ohm, Potenza dissipata sulla resistenza=0.429W quindi ho messo in serie un po' di resistenze per arrivare attorno a quel valore.

La corrente assorbita dal carico è quindi 30 mA (essendo 1K a 30V), di conseguenza il diodo dovrebbe prendersi 13mA. 

Il diodo sarà sempre in conduzione, essendo Vz<Vin*1k/(1k+232ohm).

Noto che la tensione ai capi del diodo però non è 30V ma più alta (anche se gli spike sono abbattuti).

La tensione ai capi dello zener dovrebbe salire maggiore è la corrente sul diodo, ma come è possibile che vari tra 33v e 27v?! Variando la Rs.

Inoltre se non mettessi alcun carico (ma soltanto la probe dell'oscilloscopio da 1M) ed una resistenza da 3k in serie al diodo (che assorbe circa 3.3mA, come mai vedo più di 30V?!

Mi sto perdendo qualcosa...

 

 

[mdc93]

Corrige sul precedente: la Rs=(Vin-Vz)/(Iz+ILoad), supponendo però che voglia far sì che il diodo si prenda 13 mA(dei 43mA massimi per non bruciarsi) ed il carico i suoi 30mA avrei il medesimo valore di Rs

 

 

[Livio Orsini]

3 ore fa, mdc93 ha scritto:

supponendo però che voglia far sì che il diodo si prenda 13 mA(dei 43mA massimi per non bruciarsi) ed il carico i suoi 30mA avrei il medesimo valore di Rs

 

 

C'e da dire che per avere una buona stabilizzazione deve valere la relazione I_z >> I_L, quindi I_z >= 5 * I_L. Per non esagerare con la corrente di zenere si usa un transistor come amplificatore di corrente, in configurazione emitter follower.

Credo che per questa applicazione uno zener seguito da un transistor tipo BC547, sia sufficiente

[mdc93]

Grazie di nuovo per i pronti suggerimenti. Ho provato la configurazione suggerita e direi che funziona. Ho peró una stranezza: misurando la tensione sul carico questa sale e si stabilizza dopo un po’ ( si parte dai 30 per arrivare a 30,4). Ho messo una resistenza di base di 2,3k ed un carico di 3,3k. Cambiando il carico il comportamento con il transistor è il medesimo quindi direi che ho maggiore stabilità. Come si spiega il bel transitorio iniziale?

[Livio Orsini]

Hai usato uno zener che pilota la base di un transistor?

Hai misurato la tensione sullo zener? E stabile o aumenta?

Da come hai scritto sembrerebbe che 400mV dipendano da un assestamento termico.

[NovellinoXX]

12 ore fa, mdc93 ha scritto:

Come si spiega il bel transitorio iniziale?

Si chiama "deriva termica"; si compensa inserendo in serie allo zener 1 o 2 diodi al silicio in polarizzazione diretta.

Ovviamente lo zener deve essere scelto del valore V - ( 0.6 * n.ro diodi. )

Però 400mV di deriva sono tanti, presumo che lo zener scaldi tanto e devi ri-proporzionare la sua corrente

in ragione della corrente di base del transistor.

Modificato: 22 aprile 2023 da NovellinoXX

[mdc93]

Grazie di nuovo a tutti:

allora ho utilizzato la configurazione emitter follower,

dimensionando come segue (transistor BC547):

essendo il carico 3,3k la corrente di emettitore è pari a (30-vbe)/3,3k=8,8mA

la corrente che passa dalla resistenza Rs da dimensionare è la somma della corrente di zener e della corrente di base (ora lo zener può dissipare al max 1,3W, con una corrente massima di 43,3 mA). Supponendo una corrente di zener di 1/10 di quella massima (quindi 4,3mA) e trascurando la corrente di base rispetto a quest’ultima) la Rs=(40-30)/4,3mA=2,3K (valori che ho riportato prima). Lo zener toccandolo non è caldo e nessun altro componente lo è. Provando ad inserire una resistenza da 6,8K al posto di quella da 2,3K succede sempre la stessa cosa. Inoltre la stranezza è che la tensione sul carico è maggiore della tensione di zener, cosa che non si dovrebbe verificare essendoci la caduta di 0,7 tra base ed emettitore.

[Livio Orsini]

39 minuti fa, mdc93 ha scritto:

Inoltre la stranezza è che la tensione sul carico è maggiore della tensione di zener, cosa che non si dovrebbe verificare essendoci la caduta di 0,7 tra base ed emettitore.

 

Se misuri una tensione maggiore sull'emettitore, rispetto alla base ci sono solo due possibilità: un errore di misura o un'oscillazione.

Visto che disponi di un oscilloscopio potresti anche verificarlo.

Ti avevo chiesto se la variazione di 400mVavveniva sull zener o solo sul transistor, ma tu non lo hai ancora comunicato.

Metti un elettrolitico da 47µF - 100µF (il valore non è critico) in parallelo allo zener; metti anche un condensatore ceramico da circa 100nF - 220 nF tra emitter e zero volt.

Il valore migliore per la corrente di zener è 8mA, è il valore in cui si minimizza la resistenza dinamica (tipicamente <30 ohm).

Questo zenere ha un coefficiente di temperatura positivo pari a 0.095%/1°C max, quindi per una variazione di 0.4V, si deve avere una variazione della temperatura di giunzione dt = (0.4 * 100) / (0,095 * 30) = 14,035°C.

Quindi questa variazione di tensione dopo qualche minuto di funzionamento, è abbastanza plausibile

[mdc93]

Si Livio avró modo lunedì di misurarla nuovamente, misuro e ti dico la tensione sullo zener. La corrente di 8mA che dici è la IZtest? Il coefficiente che intendi tu indica l’aumento percentuale della tensione di zener all’aumento per grado della temperatura di giunzione? Comunque il drift è veloce all’inizio (200mV in 30s circa) e poi sale più lentamente fino ad assestarsi ai 30,4. Non ho poi continuato ad osservare, lunedì faccio un log di 1h con l’oscilloscopio e vediamo di quanto incrementa o se si stabilizza.

[Livio Orsini]

4 ore fa, mdc93 ha scritto:

Si Livio avró modo lunedì di misurarla nuovamente, misuro e ti dico la tensione sullo zener.

 

Verifica anche la tensione sull'emitter, se risultasse maggiore verifica all'oscilloscopio l'eventuale presenza di oscillazioni.

Il condensatore in base, parallelo allo zener, fa sempre bene anche per filtrare il rumore, anche se quello zener è dato come "low noise". Il ceramico sull'emitter, parallelo al carico, oltre ad essere un filtro per eventuali spikes, dovrebbe eliminare eventuali inneschi.

Secondo il data sheet il miglior valore di corrente nello zener è nell'intorno di 8 mA; con tensione di sorgente di 40 V, se usi una resistenza da 1200 ohm sono giusti 8.33 mA nominali, consideranto trascurabile la corrente di base del transistor.

 

Per compensare la deriva termica positiva l'ideale è mettere in serie uno zener con deriva negativa come, ad esempio, un BZXC2V5, oppure un diodo diretto tipo 1N4148.

[mdc93]

Domani provo anche il diodo con deriva negativa (dovrei avere quelli che mi hai detto).

Il diodo però (immagino anodo diodo in corto con anodo zener e catodo diodo a Massa per farlo condurre) non non dovrebbe aumentarmi della vgamma la tensione sull’emitter? Facendo la kirchoff alla maglia avrei +vgamma+vz-vbe=IRL