Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Rzadko zadawane pytania: niskoszumny zasilacz phantom +48V

ghost666 05 Cze 2020 10:12 1371 3
  • Rzadko zadawane pytania: niskoszumny zasilacz phantom +48V
    Pytanie: Czy mogę zaprojektować zasilacz phantom (+48 V) o niskim poziomie szumów zasilany z wejścia 5 V, 12 V lub 24 V?

    Odpowiedź: Tak, możesz - używając prostej przetwornicy typu boost i obwodu filtra w celu zmniejszenia emisji elektromagnetycznej i poziomu tętnień w zasilaniu. Dodatkowo, korzystając z prostej sztuczki, rozwiązanie takie może być dosyć kompaktowe.

    Profesjonalne mikrofony pojemnościowe wymagają napięcia +48 V, aby naładować wewnętrzny przetwornik pojemnościowy i zasilić zintegrowany bufor dla wyjścia przetwornika o wysokiej impedancji. Prąd pobierany przez taki układ jest na ogół niewielki – na poziomie kilku miliamperów, jednakże wymaga się od niego, aby charakteryzował się bardzo niskim poziomem szumów, ponieważ poziomy sygnału wyjściowego z mikrofonu jest dość niski, a bufor ma niski PSRR (współczynnik odrzucenia wpływu zasilania) i nie tłumi tętnień na liniach zasilania. Ponadto zasilanie tego rodzaju nie może wstrzykiwać zakłóceń EMI do sąsiednich obwodów niskonapięciowych, co zawsze stanowi wyzwanie w ciasno upakowanych urządzeniach.

    Rzadko zadawane pytania: niskoszumny zasilacz phantom +48V
    Rys.1. Schemat płytki
    demonstracyjnej DC2628
    zastosowanej do budowy
    zasilacza phantom.
    Bardzo sprawny energetycznie zasilacz można zbudować za pomocą przetwornicy podwyższającej napięcie opartej na układzie LT8362, który wbudowane ma klucze 60 V, 2 A i może pracować na częstotliwościach do 2 MHz - wszystko to w obudowie o wielkości poniżej 3 mm × 3 mm. Przedstawiony w poniższym artykule obwód oparty jest na standardowej płytce demonstracyjnej układu LT8362 - DC2628A - której schemat pokazano na rysunku 1.

    Wejściowy filtr EMI na płytce demonstracyjnej dobrze radzi sobie z szumem o wysokiej częstotliwości, wspomagany jest dodatkowo przez cewkę przełączającą, która dołączana jest szeregowo z wejściem. Sytuacja nie jest jednakże taka dobra na wyjściu. Wyjściowy filtr EMI skutecznie tłumi zakłócenia w obszarze wysokich częstotliwości, ale ma niewielki wpływ na szumy w zakresie audio. Szum ten powstaje głównie z powodu 30-krotnego wzmocnienia w pętli sprzężenia zwrotnego wzmacniającego szum napięcia odniesienia w LT8362.

    Jednym ze sposobów usuwania tego szumu jest dodanie pojemności na wyjściu. Biorąc pod uwagę niewielki pobierany prąd i konieczną pojemność, działałoby to bez problemu, ale przy wyjściu o napięciu 48 V najniższe praktyczne napięcie robocze kondensatora filtrującego wynosi 63 V, co oznacza, że zastosować należy duże i drogie elementy.

    Drugim podejściem byłoby zwiększenie napięcia wyjściowego LT8362 o jeden lub dwa wolty i dodanie do wyjścia szeregowo dołączonego stabilizatora liniowego LDO. Wymaga to jednakże stabilizatora LDO o wysokim napięciu pracy, który zwykle kosztuje więcej niż odpowiednik o niskim napięciu wyjściowym. Ponadto, podczas gdy stabilizatory te mogą charakteryzować się niskim poziomem szumów przy pracy z relatywnie niskimi napięciami wyjściowymi, to przy pracy z tak wysokim napięciem elementy te cierpią na podobną bolączkę co LT8362 – wysokie wzmocnienie napięcia odniesienia przekłada się również na wysokie wzmocnienie jego szumu.

    Rzadko zadawane pytania: niskoszumny zasilacz phantom +48V
    Rys.2. Ten sam obwód jak na rysunku 1,
    ale z wyjściowym mnożnikiem
    pojemności (szary blok) w celu zwiększenia
    tłumienia szumu przy częstotliwościach audio,
    wytwarzanego przez stabilizator impulsowy.
    Trzecim podejściem jest wykorzystanie faktu, że czułość wyjścia mikrofonu nie zależy w wysokim stopniu od jakości napięcia zasilania, więc zasilanie Phantom nie wymaga nazbyt dobrej stabilizacji napięcia. Oznacza to, że możemy wstawić na wyjściu szeregowy kondensator wraz z kondensatorami wyjściowymi, aby zwiększyć ich skuteczność w tłumieniu zakłóceń. To jednakże tylko częściowo redukuje problem wielkości kondensatorów wyjściowych.

    Rzadko zadawane pytania: niskoszumny zasilacz phantom +48V
    Rys.3. Przed i po filtrze. (a) Napięcie
    wyjściowe ze stabilizatora boost wykazuje
    około 0,2% szumu przy pomiarze na
    kondensatorze C4 (przed filtrem).
    (b) Wyjście z filtra końcowego ze znacznie
    mniejszą ilością szumu w sygnale - 0,002%.
    Lepszym rozwiązaniem jest sprawienie, aby kondensatory wyjściowe wydawały się większe niż w rzeczywistości. Można to osiągnąć prostą techniką zwaną mnożeniem pojemności. Prosty obwód wykorzystujący tą technikę można zobaczyć w szarym zacienionym obszarze na rysunku 2.

    W układzie tym kondensator 100 µF redukuje tętnienie prądu bazy tranzystora, więc jego wpływ na prąd kolektora jest wzmacniany przez współczynnik beta tranzystora NPN. Efekt jest ogromny. Rysunek 3a pokazuje napięcie wyjściowe układu opartego na LT8362 mierzone na C4 (przed filtrem) przy obciążeniu 1 kΩ (pobierany prąd równy 50 mA). Działanie układu jest tym lepsze, im większe jest wzmocnienie (beta, β) wykorzystanego tranzystora. W skrajnym przypadku wykorzystać można tutaj dwa tranzystory w układzie Darlingtona, co efektywnie mnoży przez siebie ich bety (i daje wzmocnienie, w uproszczeniu, równe β²).

    Rzadko zadawane pytania: niskoszumny zasilacz phantom +48V
    Rys.4. Konfiguracja laboratoryjna do
    pomiaru bezszumnego zasilacza phantom
    zrealizowanego za pomocą płytki
    ewaluacyjnej DC2628.
    Szum w sygnale ma amplitudę międzyszczytową około 80 mV, co stanowi około 0,2% poziomu sygnału (napięcia zasilania). Chociaż może to być wystarczające w niekrytycznych zastosowaniach, to dodanie opisanego powyżej prostego filtra daje znacznie lepsze parametry - osiągany poziom szumu równy jest około 1 mV, jak pokazano na rysunku 3b. Stanowi to około 0,002% lub 20 ppm wartości sygnału- wystarczającą dla nawet najbardziej wymagających aplikacji. Rysunek 4 pokazuje konfigurację na stole warsztatowym, w jakiej realizowano opisywany pomiar.

    Tranzystor SBCP56-16T1G wybrany został z uwagi na wysokie dopuszczalne napięcie kolektor baza (max 100 V) i wysokie wzmocnienie przy niskich prądach (β = 25 dla Ic = 5 mA). Z uwagi na fakt, że mnożnik pojemności zwielokratnia ją pozornie właśnie β-krotnie, to jest to niezwykle istotny parametr tranzystora. Napięcie wyjściowe układu spada z 47,8 V przy obciążeniu 2 kΩ do 47,5 V przy obciążeniu 500 Ω, co jest jednak wystarczające do zastosowań przy zasilaniu np. mikrofonu pojemnościowego itp. Tranzystor ten został dobrany i sprawdzony także eksperymentalnie – nie należy wymieniać go na inny bez kontrolnych pomiarów, gdyż jego inne parametry mogą sprawić, ze wynikowy szum zasilacza będzie wyższy od zakładanego.

    Testy przeprowadzono z zasilaniem wejściowym równym 16 V, ale sprawność układu będzie podobna przy zasilaniu w zakresie od 12 V do 24 V. Niektóre aplikacje mogą wymagać zasilania z linii 5 V, co można osiągnąć poprzez zmniejszenie częstotliwości przełączania LT8362 z 2 MHz do 1 MHz, aby zapewnić minimalny czas wyłączenia tranzystora równy 75 ns. Wymagałoby to również zwiększenia L1 z około 10 µH do 15 µH i podwojenia objętości kondensatora wyjściowego C4, aby utrzymać taką samą sprawność i parametry szumowe jak przedstawione powyżej.

    Źródło: https://www.analog.com/en/analog-dialogue/raqs/raq-issue-176.html

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9836 postów o ocenie 8049, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • #2
    buzerek
    Poziom 13  
    Witam,
    akurat ja w podobnym temacie.
    Interesują mnie stabilizatory o bardzo małych szumach własnych wprowadzanych do przedwzmacniacza w.cz.
  • #3
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    buzerek napisał:
    Witam,
    akurat ja w podobnym temacie.
    Interesują mnie stabilizatory o bardzo małych szumach własnych wprowadzanych do przedwzmacniacza w.cz.


    A co dokładnie? tam historia jest inna - najistotniejsze jest filtrowanie szumów w zakresie wysokich częstotliwości, więc kondensator i cewka (z opornikiem, celem pogorszenia dobroci rezonatora LC) powinny sobie radzić bez problemów.
  • #4
    Jogesh
    Poziom 28  
    buzerek napisał:
    Witam,
    akurat ja w podobnym temacie.
    Interesują mnie stabilizatory o bardzo małych szumach własnych wprowadzanych do przedwzmacniacza w.cz.


    A jakiej mocy stabilizatory i na jakie napięcia? Ja na przykład do zasilania modułu GPS używam AP1231 albo SGM2019.