电容倍增器不消除纹波

电器工程 波纹
2022-01-26 03:42:10

我正在尝试构建一个电容器乘法器来消除电源的纹波。电源来自 DC-DC 转换器 (MC34063)。实际负载是具有多种工作模式的电路,需要 2mA 至 20mA。幸运的是,它的工作电压范围是 12V 到 26V,所以我不需要将电压调节到固定值。我只需要消除波纹。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

减少波纹的想法来自这里:

https://www.edn.com/design/analog/4350857/Capacitor-amplifier-reduces-ripple-without-dc-loss

RC 滤波器为 220k Ohm 10uF,截止频率为 0.072Hz。C2 是具有 20V DC 偏移的陶瓷帽,因此实际容量可能较低且截止频率较高,但这无关紧要。2N2222 的绝对最小值 hFe=35。

这是我测量的:

在此处输入图像描述

原来的1.42V纹波降低到1.25V。

注意:在我最初的问题中,我将时间尺度放大了太多,并且我看到了叠加在主信号上的另一个波纹,这已更正为上述版本。

据我了解,晶体管采用公共集电极配置,它反转并放大了实际电压和“平均”电压之间的误差。上图显示 Vin 和 Vout 处的纹波同相。我的设计存在根本性的问题,我只是没有看到。

更新此图显示:Vin(黄色)、V(C2)(蓝色)和 Vout(紫色)。

在此处输入图像描述

问题似乎出在晶体管基极的电压上。它不应该有 1.2V 纹波。我仍然不确定这里发生了什么。

更新:首先,晶体管有故障,集电极和基极之间有短路。这就是基极电压存在“问题”的原因。更换了晶体管并更改了电路以使用建议的分压器而不是单个电阻器。R1 = 47k 和 R2 = 220k。如果我移除晶体管,则 Vbase 处有 16.8V。

示意图

模拟这个电路

基本纹波现在从大约 2V 降低到 50mV。但正如 glen_geek 所预见的那样,出现了非常高频的振荡。这个电路比我想象的要复杂得多。

在此处输入图像描述

更新- 在分压器和晶体管基极之间放置一个铁氧体磁珠后,高频噪声仍然存在:

带铁氧体磁珠

波形发生了变化,它有一个更大的尖峰。

2个回答

缺少的所有重要组件都在下面的红色框中:-

在此处输入图像描述

摘自 OP 链接的 EDN 文章。

您必须在红色框中使用电阻器将基极偏置在输入电源电压以下几伏,否则它将无法正常工作。因此,如果您的输入电源为 20 伏,请安排 R2 和 R1 在基极提供大约 16 伏的直流电压。这意味着轻负载时发射器的电压约为 15.5 伏,满负载时可能为 14 伏。

当 C2 为 10 uF 时,R1 和 R2 的并联阻抗应为 220 kohm,以实现与您引用的相同的截止值。

这应该是一条评论,但我需要包含一张图片:

在此处输入图像描述

紫色迹线上有两种不同的噪声。在尝试设计一个滤波器来消除这种噪声之前,重要的是要知道噪声来自哪里,更重要的是,你必须知道它是否真的是真实的,或者它是否是探测技术的产物,或者可能甚至不是来自你的电路。

一个重要提示是噪声是否与您的 DC-DC 转换器频率同步。

我标记为“B”的“绒毛”似乎与您的 DC-DC 切换不同步。所以它可能来自于从实验室中的其他东西中拾取随机 EMI 噪声的探针,可以是任何东西:电话、本地广播电台、带有开关镇流器的 CFL 或 LED 灯、用于为测试装置供电的开关电源...

然而,标记为“A”的大尖峰与您的切换同步,这意味着它来自您的设计......

但有一个问题。“A”的尖刺在垂直方向占据了大部分屏幕,因此它的强度相当大,但它也很宽,这是不正常的。正如评论中所建议的,开关尖峰看起来像尖峰,但这看起来更像是由开关尖峰引起的随机振荡。

然而......这里有一个探测问题。

示波器在增益较低的黄色通道上触发,因此触发可能会抖动且不准确。如果您观察到一个信号并且它在水平方向上显得模糊、模糊或具有“拉伸”边缘,就像您的紫色轨迹一样,这可能来自抖动触发,特别是如果示波器是从可能包含噪声的不同通道触发的。可能是触发电平设置的不对,或者信号有噪声等。您可以从您实际尝试观察的信号中触发,以消除这种疑问。考虑到噪声尖峰的高度,示波器在其上触发应该没有问题。

因此,首先,将示波器设置为单次模式,并使用 TRIG 按钮手动触发以记录单个轨迹。或者使用 RECORD 功能记录多条轨迹。然后分别检查每条迹线。这将禁用“强度光栅”功能,所有的绒毛都会消失。你只会看到一个痕迹。使用更快的水平扫描速率以确保标记为“A”的尖峰占据屏幕宽度的一半以获得良好的时间分辨率。

然后您将能够查看它是否看起来像阻尼振荡。

还有其他可能的解释。仅仅因为某些东西在屏幕上显示为绒毛并不意味着它的频率太高而无法清晰显示。它可能是来自其他东西(如 CFL 灯泡)的噪声,与您在 DC-DC 上触发的示波器不同步,因此看起来很乱。通过单次观察轨迹,您将看到差异。

“A”噪声仅在 DC-DC 开关打开时出现。所以这可能是 DC-DC 的输入包含大量 HF 噪声,可能它的板载电容器不够用,而您看到的是当开关打开时输入噪声进入输出......而不是当开关关闭时馈入输出...

尝试关掉实验室的灯,从另一个电源或电池运行设备,还有 carloc 从评论中的建议(仅从电源连接 GND 以检查共模噪声)......基本上尝试几种组合。

如果您可以在电路未通电的情况下观察到噪声,那么它是无罪的。