По просьбе читателя вынужден дополнить главу "Этот чудесный чоппер" в части, касающейся выбора параметров фильтра. Этот кусочек материала можно вставить на стр.138, перед словами "замечание для любознательных". Следует сразу же заметить, что реакция фильтра, рассчитанного на определенный коэффициент подавления данной частоты, не может стать предметом оперативного управления. Если хотите ускорить реакцию, лучше всего повысить частоту преобразования стабилизатора и пересчитать фильтр на другие номиналы элементов.

"…Если быть совсем строгим, то нужно учитывать, что выходное сопротивление фильтра для любой из переменных составляющих входного сигнала должно быть меньше сопротивления нагрузки (так называемое "согласование по напряжению"). При этом емкость фильтрующего конденсатора выбирается по формуле:

Суммарное произведение LC для каждого звена для оптимальных многозвенных фильтров можно рассчитать по формуле:

Однако, если оптимизация фильтра по минимальной массе, минимальному объему, минимальной стоимости не является важной задачей, можно, как было уже сказано, остановиться на однозвенном фильтре…"

Итак, проблема скорости реакции фильтра на изменение входного напряжения или характера нагрузки решается с помощью выбора рабочей частоты. Гораздо хуже обстоит дело с перенапряжениями и токовыми перегрузками, возникающими в этих условиях. Поэтому необходимо обратить внимание читателя на эти моменты.

Мы неоднократно убеждались, что LC-фильтр является колебательной системой, обладающей достаточно малым затуханием (малой скоростью спадания до нуля колебательного процесса) даже при наличии нагрузки, поэтому в фильтре могут происходить опасные переходные процессы. Дроссель и конденсатор вынуждены накапливать значительные запасы энергии, которая расходуется на поддержание тока или напряжения в моменты, соответствующие минимуму подводимого напряжения (ключ чоппера закрыт). Запасание энергии происходит в максимуме подводимого напряжения (ключ открыт). Эти фазы, как мы знаем из книги, чередуются, и при неизменном коэффициенте заполнения, входном напряжении, постоянной нагрузке режим работы фильтра считается установившимся. Здесь, если фильтр рассчитан верно, никаких опасных перенапряжений не наблюдается.

Перенапряжения или токовые перегрузки возникают: при включении устройства, при его отключении, при изменении величины и характера нагрузки. При включении фильтр должен достаточно быстро запасать энергию, а сделать он это может только при перегруженном режиме "накачки", в том числе и для самих элементов фильтра. Например, конденсатор, включенный в первичную сеть без токоограничительного резистора, зарядится быстрее, чем тот же конденсатор с резистором. Однако в первом случае в сети возникнет бросок тока. ВО втором - броска тока не будет, но получится проигрыш в скорости выведения фильтра на установившийся режим.

рис.1 Переходные процессы в LC-фильтре

Расчеты показывают, что при включении фильтра, обладающего собственными потерями, близкими к нулевым (малое активное сопротивление обмотки дросселя, малые потери на гистерезис, малое сопротивление связей между элементами), напряжение на выходе фильтра может достигать в максимуме двойного выходного (Um на рис.1). Естественно, это перенапряжение может вывести из строя конденсатор фильтра (потенциальный пробой) и устройство, питаемое от источника. При величине волнового сопротивления фильтра (обозначается "ро") много меньше сопротивления нагрузки возникает при включении бросок тока (Im на рис.1) в индуктивности, а значит, и в первичной цепи - в силовом ключе.

Чтобы устранить указанные перегрузки, необходимо подавать фильтруемое напряжение не сразу, а ступенчато, например, плавно увеличивая коэффициент заполнения ключевого элемента чоппера от нуля до требуемой величины (при начальном пуске). И, конечно, стремиться выбрать ключевой элемент с запасом по току.

Если фильтр устанавливается на входе импульсного источника, необходимо также постепенно "выводить" его на режим, для чего применить пусковую схему, описанную в дополнении "Бесперегрузочный запуск мощного импульсного блока питания".

Рассмотрим теперь другую ситуацию: отключение фильтра от нагрузки. Такая ситуация вполне реальна, например, в случае срабатывания защитных устройств. Отключение нагрузки разрывает цепь протекания тока, однако, ток (благодаря наличию индуктивного элемента) мгновенно прекратиться не может, и он перейдет к конденсатору фильтра, заряжая его дополнительно. Бросок напряжения на конденсаторе может значительно превысить питающее напряжение, что приведет к потенциальному пробою конденсатора. Поэтому при обрыве нагрузки мощного чопперного стабилизатора лучше останавливать его работу, а конденсатор защищать от броска включением параллельно ему варистора или диода TRANSIL.

В связи с этим проектирование фильтров мощных импульсных устройств выливается в весьма непростую задачу. С одной стороны, для снижения перенапряжений вызываемых изменением тока нагрузки, нужно уменьшать "ро", однако слишком маленькое "ро" вызывает значительные броски тока в индуктивности в момент включения. Фильтр LC, обладающий малыми бросками напряжения и одновременно малыми бросками тока, создать невозможно. Поэтому лучше бороться с перегрузками комплексно - обеспечивать плавный выход фильтра на режим. Ну и, конечно, предусматривать в схеме запасы по току и по напряжению для элементов.