|
Удвоитель напряжения, то что не заметили теоретики.
|
|
| Sbaranov | Дата: Пятница, 03.02.2023, 06:34 | Сообщение # 1 |
|
Группа: Проверенные
Сообщений: 427
Статус: Offline
Страна: Украина
Город: Каховка
|
Все знают, что есть простейшая схема двухполупериодного выпрямителя - две ёмкости и два диода.
Многие считают уделом этой простой схемы повышение напряжения, его удвоение или умножение, что в какой то части справедливо, и во всяком случае эта роль не отрицается, но я на своём опыте столкнулся с иным поведением этой простой схемы, и из-за частого использования в своих конструкциях и имею другой опыт её применения и даже опровергающие официальные сравнительные характеристики выпрямителей из-за досадной ошибки того, кто делает это сравнение. Пожалуй этой ошибке уже под сотню лет, и кроется она в психологии человека. Что легко в наше время подтверждает любая программа симуляции работы схем даже на телефоне. При это студентов и будущих инженеров продолжают учить старым ошибкам в новых книгах и сегодня!
Добавлено (03.02.2023, 06:48)
---------------------------------------------
Начну с общего описания принципа работы этого выпрямителя. Здесь имеем использование обоих периодов переменного тока и по этому частота пульсаций схемы равна 100 Гц. В отличии от мостовой схемы тут нет прямой трансляции тока через диод на нагрузку. Это приводит к целому ряду явлений отличных от происходящих в мостовом выпрямителе с четырьмя диодами и одной ёмкостью. В данном случае ёмкость служит переносчиком энергии накапливая её в один период и отдавая её в другой, когда другая ёмкость её напротив накапливает. Поскольку частота заряда-разряда ёмкости очень низкая и степень разряда не глубокая то и КПД переноса практически равен 100%. Тут возможно у теоретиков возникнет желание спорить по этой теме, но практика такова - ёмкость не греется значит энергия в ней не теряется в такой степени что бы говорить о потерях серьёзно.
Добавлено (03.02.2023, 07:08)
---------------------------------------------
Далее опять о переносе энергии. Ёмкость полностью своими параметрами определяет тот максимум энергии который можно в ней перенести за один такт работы, имею ввиду заряд-разряд. Следовательно максимальный ток короткого замыкания такого блока питания напрямую зависит от этой ёмкости. Чем выше ёмкость тем больше ток. Сразу становится ясно, что манипулируя параметрами ёмкостей можно добиться определённого ограничения тока в заданных приделах при стабильном сетевом питании. По сути этот блок питания уже способен к примеру ограничить ток заряда аккумулятора или даже светодиодов. Чем конструкторы иногда и пользуются. Но вот уже прямо сейчас начинаются странности психологии - самодельщики по сути не разу не применили этот БП для зарядки автомобильного аккумулятора, хотя это просто таки напрашивается и при пробое одной банки с ним ничего критического не произойдёт. И вот тут по сути я подобрался вплотную к теме пульсаций БП, которые зависят непосредственно от ёмкости конденсаторов и самой нагрузки. Для того же аккумулятора пульсации очень вредны и по этому очень часто зарядное устройство должно во время работы не превышать определённый придел тока и напряжения даже на короткий момент, что включает другие химические процессы и убивает аккумулятор медленно но верно.
Добавлено (03.02.2023, 07:35)
---------------------------------------------
Теперь собственно о столетней ошибке.
Когда идёт сравнение моста и умножителя то в числе прочих сравнительных параметров стоит тема повышенных по сравнению с мостовой схемой пульсаций! Как бы всё, профессор прав, сливай воду, туши свет. Почему так? Есть правило паралельного и последовательного сложения ёмкостей, и для каждого мыслящего человека две последовательные ёмкости теряют половину своей ёмкости и тем самым уже неспособны поддерживать тот же уровень пульсаций на выходе которые мостовая схема даёт при тех же номиналах ёмкости. Всё как бы очевидно? Ну для тех кто мыслит не книжкой а собственным мозгом это всё же не так.
Не так поскольку происходит сравнительный анализ поведения двух разных схем и эти схемы нужно соответственно привести к равным условиям. Что в нашем случае имеется ввиду? Равные ёмкости на выходе как минимум, и профессору как минимум не гоже об этом забывать! Всё поголовно забыли о равенстве условий при последовательном соединении ёмкостей! Позор то какой! Если сравнивать БП то фактор чисто дефицита чего либо, ну к примеру высоковольтных ёмкостей в ширпотребовской сети не имеет никакого отношения к теории схемотехники и принципам работы. Но пусть теперь это остаётся на их совести.
Итого к чему всё это?
Не корректно сравнивать изначально не равные между собою схемы по основному параметру, по ёмкости фильтра по сути, не приведя ёмкости к равным значениям! Про роль нагрузки я скажу позже. Просто как то печально всё это, такой очевидный ляп, и никого это не волнует.
Добавлено (03.02.2023, 08:00)
---------------------------------------------
Теперь, если мы признаем несостоятельность сравнений мостовой и умножительной схемы выпрямления тока с равными ёмкостями то мы получаем по сути уже несколько другое устройство для дальнейшего обсуждения и исследования. Поскольку всё ранее написанное в книгах умных уже не о нём в какой-то степени. У любого выпрямителя есть склонность проседать под нагрузкой, и это приводит к росту пульсаций. Тогда корректными условиями для сравнения БП на разных принципах есть ещё пара параметров или один, зависит от точки зрения. Оба блока должны находиться под равными нагрузками и с равными напряжениями на этих нагрузках, попросту токи нагрузки сравниваемых блоков питания на выходе должны быть равными. Только так мы можем быть более объективными.
По этому можно сказать практически не ошибаясь и не применяя вообще измерения, что без нагрузки или при очень маленькой нагрузке, оба блока питания не отличимы друг от друга за малым исключением, у умножителя падение напряжения имеется только на одном диоде по очереди, а у моста оно сразу на двух диодах. Но к КПД это опять не имеет ощутимого отношения поскольку у того же умножителя через диоды ток идёт выше во время зарядки ёмкости, и нагрев одной ёмкости почти одно и тоже что и нагрев двоих в мостовой, хотя потери в мостовой могут быть и по больше в сумме.Добавлено (03.02.2023, 08:17)
---------------------------------------------
А теперь в чем прокололась наука.
Главным недостатком её официальные представители назвали именно высокий уровень пульсаций под нагрузкой не приведя БП к равным условиям. И самое смешное так это то, что как раз на самом деле всё не только не так, БП не просто равны друг другу по пульсациям, а умножитель с ростом нагрузки начинает выигрывать по уровню пульсаций у моста. И чем выше нагрузка теме ниже уровень пульсаций у умножителя. Попросту обнаружилось то свойство о котором и речи не было. Проверить это легко собрав не сложные схемы и приведя их к равным условиям. Плюс на моей стороне и электронное моделирование как независимый судья из мира достижений науки и использующий её же формулы. Под нагрузкой достигается снижение пульсаций более 20% там, где предсказан был их более высокий и проигрышный уровень.
Добавлено (03.02.2023, 08:34)
---------------------------------------------
Как это происходит?
Очень просто. При включении питания первой полуволною заряжается одна ёмкость, второю вторая. Но и процесс розряда ни кто не отменял, когда одна ёмкость заряжается, то вторая частично разряжается, на ней напряжение падает и до начала процесса заряда падение не останавливается. А поскольку обе ёмкости включены последовательно, то на выходе оба их напряжения суммируются где одно растёт, а второе падает одновременно с ростом второго, суммарно это снижает скорость роста напряжения от зарядки. Тем самым нагрузка увеличиваясь уменьшает пульсацию зарядки за счёт вычитаня энергии на разрядку другой ёмкости.
У меня всё не так.
Сообщение отредактировал Sbaranov - Пятница, 03.02.2023, 08:04 |
|
|
|
|
| Sbaranov | Дата: Пятница, 03.02.2023, 08:58 | Сообщение # 2 |
|
Группа: Проверенные
Сообщений: 427
Статус: Offline
Страна: Украина
Город: Каховка
|
Далее приведу фото этих процессов.
Это симуляция для нагрузки 8 Ом в программе PROTO на смартфоне и это видно уже неплохо даже в таком грубом моделировании.
У меня всё не так.
|
|
|
|
|
| Sbaranov | Дата: Пятница, 03.02.2023, 09:06 | Сообщение # 3 |
|
Группа: Проверенные
Сообщений: 427
Статус: Offline
Страна: Украина
Город: Каховка
|
Вот та же история, но уже с более сильным инструментом моделирования, и для нагрузки 4 Ома
Добавлено (03.02.2023, 09:37)
---------------------------------------------
Тенденция очевидна. То-есть в динамике пиковые скачки нагрузки приводят не только к ограничению мощности но и явному выигрышу по пульсации. Причём ограничение мощности происходит не мгновенно. Суммарный заряд двух ёмкостей ни куда не исчезает, и в быстрых процессах он будет использован практически не отличимо от мостовой схемы на то же напряжение. При этом совершенно не допускается прямая работа трансформатора через диоды на нагрузку в отличие от моста. Теоретически ток через мост в режиме короткого замыкания может быть огромным, вплоть до сотен ампер при мощном трансформаторе. А у этой схемы это уже десятки ампер или меньше, всё зависит от многих параметров. Причём внутреннее сопротивление самого трансформатора так же является частью фильтра пульсаций, чем оно выше, тем их меньше. Это к тому, что стремиться получить недюженный запас мощности по мимо запасенного в ёмкостях не всегда оправданно. В моём случае с цирклотроном я имел по трансформатору на плечо, 4 штуки небольших трансформаторов на каждое плечо стерео усилителя привело именно к такому росту внутреннего сопротивления в сочетании с половинной нагрузкой на каждом плече. То есть лично я считаю возможным на короткие периоды перегружать такие трансформаторы при пиках нагрузки, при этом они остаются в большей части времени недогруженными. Стремление получить всё на одном трансформаторе не всегда оправдано.
У меня всё не так.
Сообщение отредактировал Sbaranov - Пятница, 03.02.2023, 09:42 |
|
|
|
|
| Sbaranov | Дата: Пятница, 03.02.2023, 10:26 | Сообщение # 4 |
|
Группа: Проверенные
Сообщений: 427
Статус: Offline
Страна: Украина
Город: Каховка
|
Если я затронул тему динамического запаса энергии, что для этой схемы является основным моментом, то стоит этому уделить больше внимания.
В музыкальном сигнале редко имеем дело с чем то похожим на непрерывный гул где нужно отдавать всю энергию долго и монотонно. Там чаще бывает всё напротив тихо или не очень громко и с периодическими всплесками на придел громкости. В цифре вообще не возможно получить уровни выше того что даст микросхема. И при адекватном конструировании именно этот уровень должен быть номинальным, даже не максимальным, а именно номинальным где всё красиво звучит без искажений. В таком случае вообще не стоит обсуждать тему что лучше. Но есть нюансы.
Дело в том, что практически всё схемы намного меньше дают искажений при высоковольтном питании, попросту при равных усилениях, но большем напряжении меньше искажений. И именно этому способствует умножитель, не допуская рисков с беспредельным и длительным ростом токов, мощности, иперегревом, за счёт ограничения мощности пассивным путём, он при снятии этой запредельной нагрузки опять возвращается на высокое напряжение питания. И на практике усилитель номинальной мощностью 25 ватт звучит ровно так же, как усилитель на 50 ватт поскольку они одинаково проходят пиковые моменты, а соревнования им кто громче искажения выдаст проводить не нужно. Но даже в этом случае победит именно по искажениям тот у которого есть удвоитель из-за того, что его ограничение выглядит иначе и на много приятнее на слух.
Это 14 Гц.
Это 20 Гц.
Это 1000 Гц.
Всё в режиме перегрузки по уровню сигнала, и не выглядит как отрезанное ножницами! И соответственно на слух гораздо приятнее. И при этом в пиках этого нет и уровень сигнала не срезан.
У меня всё не так.
Сообщение отредактировал Sbaranov - Пятница, 03.02.2023, 11:10 |
|
|
|
|
| Sbaranov | Дата: Пятница, 03.02.2023, 11:58 | Сообщение # 5 |
|
Группа: Проверенные
Сообщений: 427
Статус: Offline
Страна: Украина
Город: Каховка
|
Но как бы пассивная защита от перегрузки по мощности реализованная пасивными элементами это и ещё не все свойства этой простой схемы.
Наличие под зарядкой половинной ёмкости при помехе по питанию с длительностью меньше периода заряда приведёт не к такому высокому всплеску как это может быть в случае с мостом уже по нескольким причинам. Это потому что, вторая половина ёмкости на эту помеху не отреагирует таким же ростом, но и просядет одновременно с этим, чем опять уменшит всплеск, словом любая такая помеха будет меньше по амплитуде в два и более чем в два раза меньше чем у моста.
И опять моделирование этого процесса с телефона.
У меня всё не так.
Сообщение отредактировал Sbaranov - Пятница, 03.02.2023, 12:26 |
|
|
|
|
| Sbaranov | Дата: Пятница, 03.02.2023, 12:15 | Сообщение # 6 |
|
Группа: Проверенные
Сообщений: 427
Статус: Offline
Страна: Украина
Город: Каховка
|
И ещё одна фишка на закуску.
Это так называемый мягкий пуск и по переменному току и по постоянному.
Это процесс пуска обеих БП, зелёный умножитель, синий мост. Соответственно и нагрузки на предохранители...Добавлено (03.02.2023, 12:59)
---------------------------------------------
По падению напряжения видно, что это не холостая работа БП, а под нагрузкой. На этом можно закончить этот информационный блок, но понимаю как это выглядит чисто психологически. Всё кроется в мелочах как и явная ошибка при сравнении выпрямителей. Ну посчитал кто то, что лепить две ёмкости на большое напряжение включая их последовательно и теряя ёмкости половину это плохо, и больше, и дальше его мысль не пошла. И до такой степени это сказалось на работе его мозга, что вопрос о равенстве условий ему даже в бреду не привидится. А в месте с тем я активно стал применять умножители по ряду причин где ставить высокие ёмкости на большие напряжения было не удобно, проще было поставить массив малогабаритных ёмкостей но большей емкостью и меньшим напряжением и цена их была не большой. Да и сейчас та же математика - чем выше наряжение и емкость, тем дороже, и объём больше, и габариты больше. Но при чем тут вопос о габаритах если это две категории из разных измерений? Но похоже это всегда влияет на нас и то как мы думаем.
У меня всё не так.
|
|
|
|
|
| VK | Дата: Пятница, 03.02.2023, 18:31 | Сообщение # 7 |
Группа: Модераторы
Сообщений: 9418
Статус: Online
Страна: Германия
|
До появления ИдБП я активно применял умножители. На них была возможность очень активно бороться с пульсацией. Естественно сейчас я активно использую ИдБП и отошел от умножителей полностью.
Из практики. Помните когда я писал за DAC с названием FiFO и в нём был проблемный генератор на 300мГц. Проблема заключалось в том что любое питание приводило к тому что этот генератор неустойчиво работал. Я сделал умножитель напряжения и поставил стабилизатор типа LT... 3,3V и забыл за проблему, а многие из тех кто использовал этот DAC запитывали этот генератор от аккумуляторов. Вот вам и практическое применение умножителя.
|
|
|
|
|
| Sbaranov | Дата: Пятница, 03.02.2023, 19:23 | Сообщение # 8 |
|
Группа: Проверенные
Сообщений: 427
Статус: Offline
Страна: Украина
Город: Каховка
|
Да, Валентин, я следил за вашим опытом. Чем ещё хорош умножитель так тем, что у него относительно более высокое сопротивление и после него легче подавлять пульсации. И мне кажется, что у него должна быть меньше болтанка напряжения, если в сети идут перекосы между полупериодами, он должен как бы искать среднее-арифметическое, примерно так же как с короткими помехами, то есть должно меньше наблюдаться 50 Гц на фоне законных 100 Гц.
У меня всё не так.
|
|
|
|
|
| Sbaranov | Дата: Пятница, 03.02.2023, 19:40 | Сообщение # 9 |
|
Группа: Проверенные
Сообщений: 427
Статус: Offline
Страна: Украина
Город: Каховка
|
Вот ещё пара моделей борьбы с короткими помехами.
У меня всё не так.
|
|
|
|
|
| Sbaranov | Дата: Воскресенье, 05.02.2023, 07:00 | Сообщение # 10 |
|
Группа: Проверенные
Сообщений: 427
Статус: Offline
Страна: Украина
Город: Каховка
|
Ещё одно существенное дополнение, оно непосредственно завязано на причину понижения уровня пульсаций под нагрузкой. Это нужно так, как думаю не всем очевидно, что достигнуть более высокой степени подавления пульсации у умножителя можно только на первый взгляд парадоксальным методом.
Именно пониженное значение ёмкостей приводит к одновременному разряду одной ёмкости с большей её просадкой во время зарядки второй в большей степени если ёмкости не слишком большие! При избыточном значении ёмкостей эффективность снижения пульсаций как и степень ограничения мощности становится иной. В комлексе, если две малых ёмкости по выходу шунтируются третьей, и большой по значению. Эффект фильтрации пульсаций здорово заметен по сравнению с мостовым выпрямителем с той же суммарной ёмкостью.
Это правильное сочетание ёмкостей.
А вот избыточное их значение, эффект очень слабый и два принципа выпрямления практически не отличимы.
Синяя линия на графике это уже третий тип БП с дросселем индуктивностью 40 mH. (Попытка моделирования популярного у Валентина БП.)
Добавлено (05.02.2023, 07:03)
---------------------------------------------
В этих последних моделях нагрузка равна 4 Ома.
У меня всё не так.
Сообщение отредактировал Sbaranov - Воскресенье, 05.02.2023, 07:12 |
|
|
|
|
| VK | Дата: Воскресенье, 05.02.2023, 07:38 | Сообщение # 11 |
|
Группа: Модераторы
Сообщений: 9418
Статус: Online
Страна: Германия
|
Синий график.
Хорошо видно что это уже не пульсация, а болтанка. Как я думаю эта болтанка связана с работой дросселя, он не равномерно отдаёт свою энергию с этим можно бороться только одним методом - ставить на выход дросселя супер-капы. На осциллографе чётко видно как болтанка исчезает, а вот если супер-капы в проге для моделирования я сомневаюсь.
Проделанная работа ох как полезна, и хорошо что такая работа у нас в форуме, как и впервые в инете, нашла своё место. Многие спецы не могут понять, уже можно сказать что всосать, что те БП что используют в аудио широким способом никуда не годятся и превращают их изделия в погремушки от аудио. Так что иметь основополагающие понятия тут у нас дело заслуженное.
Спасибо, Сергей!   
|
|
|
|
|
| Sbaranov | Дата: Воскресенье, 05.02.2023, 15:36 | Сообщение # 12 |
|
Группа: Проверенные
Сообщений: 427
Статус: Offline
Страна: Украина
Город: Каховка
|
Дроссель на самом деле и мост с умножителем значительно сглаживает. Я раньше пытался понять работу этой схемы из патента, и тогда упор на дроссель не делал, обнаружил изменение формы пульсаций, но этого самого по себе мало. Опять таки это моделирование имеет свои недостатки. Оно грубоватое. Это по сути всё тот же цифровой шум или муаров-эффект. Он даёт при работе скачки уровня общитываемого линейного сигнала примерно как и ЦАП не даёт ровной линии с малым числом разрядов. И когда ты начинаешь применять дроссель, то есть режимы и номиналы где сам метод входит как бы в резонанс, и начинает активно вылавливать свои характерные частоты и погрешности могут расти сами по себе. Тогда появляется разного рода болтанка, она к примеру даёт понижающиеся гармоники и разные периодические процессы связанные с малой производительностью и точность работы эмитации.
Плюс есть у симуляции такие показатели где катушка к примеру должна быть на пол стола или комнату размером!
Тогда там вообще такое увидеть можно...
Но и реальность ту же болтанку может обеспечить как ассиметрией переменного тока, резонансом дросселя, так и изменением нагрузки! Так что болтанка это почти нормально если она не мешает.
У меня всё не так.
Сообщение отредактировал Sbaranov - Воскресенье, 05.02.2023, 16:18 |
|
|
|
|
| VK | Дата: Понедельник, 06.02.2023, 08:30 | Сообщение # 13 |
|
Группа: Модераторы
Сообщений: 9418
Статус: Online
Страна: Германия
|
Что у меня на практике.
Я все свои воспроизводящие аудио устройства и усилители пересадил на ИдБП. Везде где есть аналоговый сигнал такая переделка сказалась резко положительно на качестве звука. Можно даже так сказать - наконецто натуральный звук пошёл и ... устранились наводки без особой переделки монтажа или земли в монтаже. Вдумайтесь правильно,само явление пульсации это не сигнал, а поведение вашего питания в устройстве.. И если вы с помощью спец. БП сумели успокоить питание внутри устройства у вас автоматически устраняются всякого вида наводки связанные с электромагнитным явлением. После чего ваше изделие начинает идеальную работу какую вы планировали получить. И это выражается чисто техническими параметрами и без какой либо эзотерики. Вопрос питания внутри устройств - это коренное задание для успешной эксплуатации аудио аппаратов. 
Добавлено:
Впервые вопрос питания в аудио устройствах решён у нас на форуме.
|
|
|
|
|
| sass | Дата: Среда, 08.02.2023, 17:26 | Сообщение # 14 |
Группа: Проверенные
Сообщений: 399
Статус: Offline
Страна: Эстония
|
Вот.
alex
|
|
|
|
|
| Sbaranov | Дата: Четверг, 20.07.2023, 15:56 | Сообщение # 15 |
|
Группа: Проверенные
Сообщений: 427
Статус: Offline
Страна: Украина
Город: Каховка
|
Вот ещё дополнения о разнице работы моста и удвоителя в отношении тока через диоды.
Одина из причин возникновения помех и пульсаций это переключения диодов при возникновении и исчезновении нагрузки.
Эти помехи опять идут в сеть и расползаются по поверхностям в виде слабых, коротких и быстрых импульсов.
В радиотехнике есть генератор из двух шунтирующих параллельных диодов после синусоидного генератора для генерации из мегагерц и килогерц
калибровочного или тестового сигнала в гигагерцевом или мегагерцовом диапазоне с шагом первичной частоты. Причём качество диодов имеет большое
значение. Чем выше их скорость переключения тем выше будут гармоники по номеру и частоте. Самое интересное, что этот ограничитель не пытались загонять на верхние
области синуса от источника, можно было к примеру стабилитроны ставить или по несколько диодов, более того там в схеме стоит последовательный колебательный контур
который практически при диодном К.З. может до максимума наращивать рост напряжения при спаде нагрузки. То есть в целом система использует именно скорость роста напряжения
в близи нуля - там она самая большая, и если именно эту часть графика роста напряжения использовать, то частота генерации импульсов будет самой большой.
Получается если идти в сторону обратной логики, то диоды должны быть совсем не быстрыми, а если быстрыми то их нужно шунтировать скоростными ВЧ ёмкостями, и этого вполне хватит. А если диод будет включаться ближе к вершине синуса, то там генерация будет слабой и на относительно низких частотах, тогда при желании гасить эту
помеху нужно большей емкостью, но и расползаться такая помеха будет слабо. А в месте с тем те же диоды шоттки - быстрые диоды!
Вторая причина пульсаций от скорости просадки напряжения в ёмкости. Путей борьбы с этой бедою по сути не много, если включать не активные методы.
Увеличить ёмкости, сделать выше частоту, добавить несколько фаз если они есть, или разложить основной ток на несколько сдвинутых по времени потоков - по сути тот же многофазный метод, ну и запасать энергию в дросселях сглаживая пульсации. В последнем случае могут возникать резонансы и болтанки напряжения от изменения нагрузки.
Так вот при работе удвоителя картина распределения токов потребления несколько иная. Заряд ёмкостей начинается раньше и заканчивается позже если сравнивать это с мостовой
схемой. По сути удвоитель имеет больший запас энергии! Считать пока не пробовал, напрашивается интуитивно двукратный запас, по крайней мере ширина площади действующего тока
явно выше, но при небольших нагрузках разница нивелируется. Думаю в импульсах потребления должен быть вообще квадрат от энергии моста, могу ошибаться, но точно где то рядом.
Вот собственно картинки.
У меня всё не так.
Сообщение отредактировал Sbaranov - Четверг, 20.07.2023, 15:59 |
|
|
|
|
