Filtro LC tolerante a alta potencia (10-20 W)

Necesito construir un filtro de paso alto pasivo que tenga una frecuencia de corte de 2-3 kHz. ¿Suena simple? Necesita pasar entre 10 y 20 W rms de potencia a 20 kHz sin sobrecalentarse y hacer "bang".

El propósito de este circuito es suministrar energía CA a un elemento calefactor de alambre de nicromo evitando el ruido del amplificador de n*50 Hz debido a la frecuencia de la red eléctrica. El voltaje rms está por debajo de 20 V y la corriente está por debajo de 1 A.

En un intento anterior, traté de construir el circuito a continuación, donde R1 es el calentador de alambre de nicromo y C1 son dos condensadores electrolíticos opuestos de 100 uF en serie (cátodos unidos):

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Esto funcionó durante unos 10 segundos, luego explotó uno de los condensadores:

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Mis preguntas son:

  • ¿Qué crees que salió mal con mi intento? Por ejemplo, ¿el valor nominal de un condensador de 35 V no era lo suficientemente alto o se necesitaba refrigeración?

  • ¿Qué sugeriría le dará al circuito la mejor oportunidad de funcionar según lo previsto?

Las tapas no deben estar polarizadas ni tener una ESR alta para manejar la corriente de ondulación alta. El tipo de cable también es importante debido al efecto piel. ¿Qué más hay en la línea? y ¿por qué te preocupas por n*50Hz?
Gracias por comentar sobre la ESR. Si usted u otros pueden publicar una respuesta completa sobre lo que eso significa en el contexto de esta pregunta, estaría agradecido. Realmente está fuera del tema de la pregunta, pero si desea saberlo, el calentador se usa en un entorno magnético sensible donde los campos dispersos con una frecuencia <1 kHz deben minimizarse.
A menos que defina mejor los requisitos, cualquier respuesta será subóptima. Niveles máximos de campo magnético (f) y opciones de cable, fuente (impedancia y tolerancia de frecuencia) Evitar la explosión es fácil, también el presupuesto o cualquier otra limitación. (longitud del cable) ¿Por qué no CC? (¿Es demasiado fácil?)
Puedo darte lo que sé. La fuente es un amplificador de audio de 500 W clasificado para 25 kHz, la salida es de 20 kHz sinusoidal a 15 V más <50 mV n*50 Hz ondulación de la que quiero deshacerme. La carga es alambre de nicromo de 35 ohm, calibre 32. La fuente y la carga se conectan con cables BNC y la protoboard que ves en la foto. Prácticamente todo lo que necesito es orientación para evitar la explosión.
DC también crea un fondo magnético que quiero evitar, por lo que se descarta ese método. (algunos cientos de nT, suena pequeño pero es asesino para mí)
¿Qué tan grande es n? Todos los filtros deben definirse por impedancia de carga de fuente (supongo <0.1), banda de paso 20k+/20%, rechazo de banda f,dB ??
¿Abordar el otro extremo? Compruebe qué tipo de fuente de alimentación tiene el amplificador. Bien podría ser solo un puente rectificador + tapas. Si tiene algunos vatios de repuesto, puede bajar un poco el voltaje y colocar un regulador en la línea de suministro.
¿Sería mejor obtener más potencia usando nicrom de 4 ohmios plegados en paralelo? ¿Como 100W?
La banda de rechazo es de CC a ~1 kHz. Por ahora, quiero minimizar el ruido del calentador en este rango de frecuencia, en lugar de rediseñarlo por completo. Ciertamente es posible una potencia más alta, pero quiero minimizar la corriente en el circuito que a su vez produce un campo magnético. De ahí la resistencia a la carga relativamente alta.
Mire los componentes utilizados en los cruces de altavoces, específicamente las secciones de HF.
¿Solo desea pasar 20 kHz? Si es así, ¿por qué no usar un filtro de paso de banda?

Respuestas (3)

TL/DR: use una tapa de película grande, como una tapa de motor .

DC también crea un fondo magnético que quiero evitar, por lo que se descarta ese método.

Use un patrón no inductivo para su cable de nicromo, esto cancelará el campo magnético.

¿Qué crees que salió mal con mi intento? Por ejemplo, ¿el valor nominal de un condensador de 35 V no era lo suficientemente alto o se necesitaba refrigeración?

Una tapa de uso general de 100 µF tiene alrededor de 1-2 ohmios ESR, que es resistencia, por lo que convertirá la corriente en calor. Esto crea suficiente calor para explotar el capacitor. Es bastante pequeño, no puede disipar demasiado calor.

Necesita un límite de ESR bajo. Una buena idea sería un límite especificado para una corriente de ondulación más alta que la corriente CA que pasa a través de él. (esa es la idea con la especificación de corriente de ondulación).

La cerámica tiene una capacitancia dependiente del voltaje, pero el voltaje a través de la tapa será pequeño. Entonces, la cerámica puede ser una opción. Puede usar cualquier combinación paralela de tapas optimizadas para un costo más bajo, como tapas 10x 10µF 25V. Tenga en cuenta que agregará un poco de distorsión en la forma de onda.

Será complicado encontrar tapas de aluminio de 100 µF con una ESR lo suficientemente baja y una corriente de ondulación lo suficientemente alta, pero puede usar tapas de polímero, que deberían funcionar bien.

No me preocupa el tamaño de los condensadores, la película de polipropileno me parece una buena opción.
@MichaelT, sí, además, las grandes tapas de motor también son bastante baratas (y muy robustas)
Me funcionó un condensador de película de polipropileno de 1 uF. Al final, un filtro de primer orden (sin el inductor) fue suficiente.

Esta es la forma correcta de construir un condensador no polarizado a partir de electrolíticos ordinarios. Los diodos son obligatorios para proteger cada condensador de la polaridad inversa. Eso es posiblemente lo que los voló antes. Ahora, el voltaje más inverso en cada uno será de aproximadamente -0,7 voltios.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Gracias, la hoja de datos 1N4007 dice que la clasificación de corriente máxima es de 1 A. Podría poner dos en paralelo con cada condensador para dar un mejor margen de seguridad.
O use diodos 1N5408 3A.
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

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

ECWF4754JL  0.75 uF film PP radial ( 3pc )

Las partes emparejadas transportan más del doble de la corriente aquí en resonancia, por lo tanto, la corriente compartida.

Si enrolla su propio estrangulador de alambre magnético, puede conducir > ​​100 W rms o > 200 W pico en 4 ohmios.
30uH en 34 ohmios,
40uH en 4 ohmios para 20kHzingrese la descripción de la imagen aquí

¿Por qué subdiseñar para 10~20W cuando puede sobrediseñar para 100W?

Me preguntaba acerca de poner la frecuencia de resonancia en la frecuencia de mi salida de CA (20 kHz). ¿Hay alguna desventaja de hacer esto? ¿Se reduce la estabilidad temporal de la salida del calentador?
Filtro LC tolerante a alta potencia (10-20 W)
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