Устойчивый к высокой мощности (10-20 Вт) LC-фильтр

Мне нужно построить пассивный фильтр верхних частот с частотой среза 2-3 кГц. Звучит просто? Он должен пропускать среднеквадратичную мощность от 10 до 20 Вт на частоте 20 кГц без перегрева и выхода из строя.

Целью этой схемы является подача переменного тока на нагревательный элемент из нихромовой проволоки, избегая шума усилителя n*50 Гц из-за частоты сетевого электричества. Среднеквадратичное напряжение ниже 20 В, а ток ниже 1 А.

В предыдущей попытке я попытался построить схему ниже, где R1 — нагреватель из нихромовой проволоки, а C1 — два противоположных электролитических конденсатора по 100 мкФ, соединенных последовательно (катоды соединены вместе):

введите описание изображения здесь

Это работало около 10 секунд, затем взорвался один из конденсаторов:

введите описание изображения здесь

Мои вопросы:

  • Как вы думаете, что пошло не так с моей попыткой? Например, номинал конденсатора 35 В был недостаточным или требовалось охлаждение?

  • Что бы вы предложили, это даст схеме наилучшие шансы работать по назначению.

Крышки не должны быть поляризованными или иметь высокое ESR, чтобы выдерживать высокие пульсации тока. Тип провода также важен из-за скин-эффекта. Что еще на очереди? а зачем вам n*50Гц?
Спасибо за комментарий по поводу СОЭ. Если вы или другие могут опубликовать полный ответ о том, что это означает в контексте этого вопроса, был бы признателен. Это действительно не относится к делу, но если вы хотите знать, нагреватель используется в чувствительной магнитной среде, где поля рассеяния с частотой < 1 кГц должны быть сведены к минимуму.
Если вы не определите требования лучше, любой ответ будет неоптимальным. Максимальные уровни магнитного поля (f) и выбор кабеля, источник (импеданс и допуск по частоте). Легко избежать взрыва, а также бюджет или любые другие ограничения. (длина кабеля) Почему не DC? (это слишком просто?)
Я могу дать вам то, что знаю. Источник — аудиоусилитель мощностью 500 Вт, рассчитанный на 25 кГц, выход — синусоидальная частота 20 кГц при 15 В плюс пульсации <50 мВ n*50 Гц, от которых я хочу избавиться. Нагрузка - нихромовая проволока 35 Ом, 32 калибр. Источник и нагрузка подключены кабелями BNC и макетной платой, которую вы видите на фото. Почти все, что мне нужно, это руководство, как избежать взрыва.
DC также создает магнитный фон, которого я хочу избежать, поэтому этот метод исключен. (несколько сотен нТл, звучит мало, но для меня убийственно)
Насколько велико n? Все фильтры должны определяться импедансом нагрузки источника (я полагаю <0,1), полосой пропускания 20k+/20%, подавлением полосы пропускания f, дБ ??
Займетесь другим концом? Проверьте, какой тип питания у усилителя. Вполне может быть только мостовой выпрямитель + колпачки. Если у вас есть лишние ватты, вы можете немного снизить напряжение и поместить регулятор в линию питания.
Было бы лучше получить большую мощность, используя нихром 4 Ом, сложенный параллельно. Типа 100Вт?
Полоса отклонения составляет от постоянного тока до ~ 1 кГц. На данный момент я хочу минимизировать шум нагревателя в этом частотном диапазоне, а не полностью переделывать конструкцию. Более высокая мощность, безусловно, возможна, но я хочу минимизировать ток в цепи, которая, в свою очередь, создает магнитное поле. Отсюда и относительно высокое сопротивление нагрузки.
Посмотрите на компоненты, используемые в кроссоверах громкоговорителей, особенно на ВЧ-секции.
Вы хотите передать только 20 кГц - если да, то почему бы не использовать полосовой фильтр?

Ответы (3)

TL/DR: используйте большую пленочную крышку, например, крышку двигателя .

DC также создает магнитный фон, которого я хочу избежать, поэтому этот метод исключен.

Используйте неиндуктивный рисунок для нихромовой проволоки, это нейтрализует магнитное поле.

Как вы думаете, что пошло не так с моей попыткой? Например, номинал конденсатора 35 В был недостаточным или требовалось охлаждение?

Конденсатор общего назначения на 100 мкФ имеет ESR около 1-2 Ом, что является сопротивлением, поэтому он будет преобразовывать ток в тепло. Это создает достаточно тепла, чтобы взорвать конденсатор. Он довольно маленький, он не может рассеивать слишком много тепла.

Вам нужна крышка с низким ESR. Хорошей идеей было бы ограничение, указанное для тока пульсаций выше, чем ток переменного тока, через который вы проходите. (это идея со спецификацией пульсирующего тока).

Керамика имеет емкость, зависящую от напряжения, но напряжение на крышке будет небольшим. Таким образом, керамика может быть вариантом. Вы можете использовать любую параллельную комбинацию конденсаторов, оптимизированную для более низкой стоимости, например, конденсаторы 10x 10 мкФ 25 В. Имейте в виду, что это добавит немного искажения на форму волны.

Будет сложно найти алюминиевые конденсаторы на 100 мкФ с достаточно низким ESR и достаточно высоким пульсирующим током, но вы можете использовать полимерные конденсаторы, которые должны работать хорошо.

Размер конденсаторов меня не беспокоит, полипропиленовая пленка мне кажется хорошим вариантом.
@MichaelT да, плюс большие крышки двигателя тоже довольно дешевы (и очень прочны).
У меня работал пленочный полипропиленовый конденсатор емкостью 1 мкФ. В конце концов, фильтра первого порядка (без катушки индуктивности) оказалось достаточно.

Это правильный способ построить неполяризованный конденсатор из обычных электролитов. Диоды обязательны для защиты каждого конденсатора от обратной полярности. Это, возможно, то, что взорвало их раньше. Теперь максимальное обратное напряжение на каждом будет около -0,7 вольта.

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Спасибо, в техническом описании 1N4007 указано, что максимальный номинальный ток составляет 1 А. Я мог бы подключить два параллельно к каждому конденсатору, чтобы обеспечить лучший запас прочности.
Или используйте диоды 1N5408 3А.
Your filter:                My Filter:

Type: 2nd order HPF         3rd order HPF
Peak: 8 kHz +12 dB          +13 dB @20 kHz
Attenuation:   
   100 Hz:  -75 dB          -130 dB
  1000 Hz:  -35 dB           -70 dB

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

ECWF4754JL  0.75 uF film PP radial ( 3pc )

Парные части несут более чем в два раза больший ток здесь при резонансе, таким образом, общий ток.

Если вы намотали свой собственный дроссель с магнитной проволокой, вы можете получить > 100 Вт среднеквадратичного значения или > 200 Вт пикового значения при сопротивлении 4 Ом.
30 мкГн на 34 Ом,
40 мкГн на 4 Ом для 20 кГцвведите описание изображения здесь

Зачем недопроектировать для 10~20 Вт, когда можно перепроектировать для 100 Вт?

Я задумался о том, чтобы поставить резонансную частоту на частоту моего выхода переменного тока (20 кГц). Есть ли недостатки в этом? Снижается временная стабильность мощности нагревателя?
Устойчивый к высокой мощности (10-20 Вт) LC-фильтр
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v