Tętnienia mocy przełączania są nieuniknione. Naszym ostatecznym celem jest zmniejszenie tętnienia wyjściowego do akceptowalnego poziomu. Najbardziej podstawowym rozwiązaniem pozwalającym osiągnąć ten cel jest unikanie powstawania zmarszczek. Przede wszystkim I przyczyna.
Po włączeniu PRZEŁĄCZNIKA prąd w indukcyjności L również zmienia się w górę i w dół, zgodnie z obowiązującą wartością prądu wyjściowego. W związku z tym na wyjściu wyjściowym pojawi się również tętnienie o tej samej częstotliwości co przełącznik. Ogólnie rzecz biorąc, odnoszą się do tego tętnienia rzeki, co jest związane z pojemnością kondensatora wyjściowego i ESR. Częstotliwość tego tętnienia jest taka sama jak częstotliwość zasilacza impulsowego i mieści się w zakresie od dziesiątek do setek kHz.
Ponadto Switch zazwyczaj wykorzystuje tranzystory bipolarne lub MOSFET. Niezależnie od tego, który z nich jest, czas jego narastania i zmniejszania będzie się zwiększał, gdy będzie on włączony i wyłączony. W tym momencie w obwodzie nie będzie żadnego szumu, który jest taki sam, jak czas narastania wraz z czasem zmniejszania narastania przełącznika lub kilka razy i zwykle wynosi dziesiątki MHz. Podobnie dioda D znajduje się w fazie odwrotnej. Obwodem równoważnym jest szereg kondensatorów oporowych i cewek indukcyjnych, które powodują rezonans, a częstotliwość szumów wynosi dziesiątki MHz. Te dwa szumy są ogólnie nazywane szumami o wysokiej częstotliwości, a amplituda jest zwykle znacznie większa niż tętnienie.
Jeżeli jest to przetwornica AC/DC to oprócz powyższych dwóch tętnień (szumów) pojawia się również szum AC. Częstotliwość to częstotliwość wejściowego zasilania prądem przemiennym, około 50–60 Hz. Występuje również szum w trybie współbieżnym, ponieważ urządzenie zasilające wielu zasilaczy impulsowych wykorzystuje obudowę jako radiator, który wytwarza równoważną pojemność.
Pomiar tętnienia mocy przełączającej
Podstawowe wymagania:
Sprzężenie z oscyloskopem AC
Limit szerokości pasma 20 MHz
Odłącz przewód uziemiający sondy
1. Sprzężenie AC ma na celu usunięcie superpozycji napięcia stałego i uzyskanie dokładnego kształtu fali.
2. Otwarcie limitu pasma 20 MHz ma na celu zapobieganie zakłóceniom szumu o wysokiej częstotliwości i zapobieganiu błędom. Ponieważ amplituda składu o wysokiej częstotliwości jest duża, należy ją usunąć podczas pomiaru.
3. Odłącz zacisk uziemienia sondy oscyloskopu i użyj pomiaru uziemienia, aby zredukować zakłócenia. Wiele wydziałów nie ma pierścieni uziemiających. Weź jednak pod uwagę ten czynnik, oceniając, czy jest on kwalifikowany.
Kolejną kwestią jest użycie zacisku 50 Ω. Według informacji oscyloskopu moduł 50Ω ma usuwać składową stałą i dokładnie mierzyć składową przemienną. Niewiele jest jednak oscyloskopów z tak specjalnymi sondami. W większości przypadków stosuje się sondy od 100kΩ do 10MΩ, co jest chwilowo niejasne.
Powyższe to podstawowe środki ostrożności przy pomiarze tętnienia przełączania. Jeżeli sonda oscyloskopowa nie jest bezpośrednio przyłożona do punktu wyjściowego, należy dokonać pomiaru za pomocą przewodów skręconych lub kabla koncentrycznego 50 Ω.
Podczas pomiaru szumu o wysokiej częstotliwości pełne pasmo oscyloskopu wynosi zazwyczaj setki mega do GHz. Pozostałe są takie same jak powyżej. Być może różne firmy mają różne metody testowania. W końcowej analizie musisz znać wyniki swoich testów.
O oscyloskopie:
Niektóre oscyloskopy cyfrowe nie mogą poprawnie mierzyć tętnienia ze względu na zakłócenia i głębokość zapisu. W tym momencie należy wymienić oscyloskop. Czasami, mimo że szerokość pasma starego oscyloskopu symulacyjnego wynosi tylko dziesiątki mega, wydajność jest lepsza niż oscyloskopu cyfrowego.
Hamowanie tętnień mocy przełączającej
Do przełączania tętnienia teoretycznie i faktycznie istnieją. Istnieją trzy sposoby, aby je stłumić lub zmniejszyć:
1. Zwiększ indukcyjność i filtrowanie kondensatora wyjściowego
Zgodnie ze wzorem zasilacza impulsowego wielkość wahań prądu i wartość indukcyjności indukcyjności stają się odwrotnie proporcjonalne, a tętnienia wyjściowe i kondensatory wyjściowe są odwrotnie proporcjonalne. Dlatego zwiększenie liczby kondensatorów elektrycznych i wyjściowych może zmniejszyć tętnienia.
Powyższy rysunek przedstawia przebieg prądu w cewce zasilacza impulsowego L. Jego prąd tętnienia △ i można obliczyć ze wzoru:
Można zauważyć, że zwiększenie wartości L lub zwiększenie częstotliwości przełączania może zmniejszyć wahania prądu w indukcyjności.
Podobnie związek między tętnieniami wyjściowymi a kondensatorami wyjściowymi: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Można zauważyć, że zwiększenie wartości kondensatora wyjściowego może zmniejszyć tętnienie.
Typową metodą jest użycie aluminiowych kondensatorów elektrolitycznych w celu uzyskania pojemności wyjściowej, aby osiągnąć cel dużej pojemności. Jednak kondensatory elektrolityczne nie są zbyt skuteczne w tłumieniu szumów o wysokiej częstotliwości, a ESR jest stosunkowo duży, więc podłączy obok niego kondensator ceramiczny, aby zrekompensować brak aluminiowych kondensatorów elektrolitycznych.
Jednocześnie podczas pracy zasilacza napięcie VIN na zacisku wejściowym pozostaje niezmienione, ale prąd zmienia się za pomocą przełącznika. W tym momencie zasilacz wejściowy nie zapewnia studni prądowej, zwykle w pobliżu zacisku wejściowego prądu (na przykład typ buck, znajduje się w pobliżu przełącznika) i łączy pojemność, aby zapewnić prąd.
Po zastosowaniu tego środka zaradczego zasilanie przełącznika Buck pokazano na poniższym rysunku:
Powyższe podejście ogranicza się do ograniczenia tętnienia. Ze względu na ograniczenie głośności indukcyjność nie będzie zbyt duża; kondensator wyjściowy zwiększa się do pewnego stopnia i nie ma oczywistego wpływu na zmniejszenie tętnień; wzrost częstotliwości przełączania zwiększy stratę przełączania. Jeśli więc wymagania są surowe, metoda ta nie jest zbyt dobra.
Zasady przełączania zasilaczy można znaleźć w różnych podręcznikach projektowania zasilaczy impulsowych.
2. Filtrowanie dwupoziomowe polega na dodaniu filtrów LC pierwszego poziomu
Hamujący wpływ filtra LC na tętnienie szumu jest stosunkowo oczywisty. W zależności od częstotliwości tętnienia, którą należy usunąć, wybierz odpowiedni kondensator cewki indukcyjnej, aby utworzyć obwód filtra. Ogólnie rzecz biorąc, może dobrze zmniejszyć zmarszczki. W takim przypadku należy wziąć pod uwagę punkt próbkowania napięcia sprzężenia zwrotnego. (Jak pokazano poniżej)
Punkt próbkowania wybierany jest przed filtrem LC (PA), a napięcie wyjściowe zostanie obniżone. Ponieważ każda indukcyjność ma rezystancję prądu stałego, gdy na wyjściu pojawi się prąd, nastąpi spadek napięcia na indukcyjności, co spowoduje zmniejszenie napięcia wyjściowego zasilacza. A ten spadek napięcia zmienia się wraz z prądem wyjściowym.
Punkt próbkowania dobieramy po filtrze LC (PB), tak aby napięcie wyjściowe było takim napięciem, jakie chcemy. Jednakże do systemu zasilania wprowadzana jest indukcyjność i kondensator, co może powodować niestabilność systemu.
3. Po wyjściu zasilacza impulsowego podłączyć filtrowanie LDO
Jest to najskuteczniejszy sposób redukcji tętnień i hałasu. Napięcie wyjściowe jest stałe i nie wymaga zmiany oryginalnego układu sprzężenia zwrotnego, ale jest również najbardziej opłacalne i zużywa najwięcej energii.
Każdy LDO ma wskaźnik: współczynnik tłumienia hałasu. Jest to krzywa częstotliwość-DB, jak pokazano na poniższym rysunku, jest to krzywa LT3024 LT3024.
Po LDO tętnienie przełączania jest na ogół poniżej 10 mV. Poniższy rysunek przedstawia porównanie tętnienia przed i po LDO:
W porównaniu z krzywą na powyższym rysunku i przebiegiem po lewej stronie można zauważyć, że działanie hamujące LDO jest bardzo dobre w przypadku tętnienia przełączania o częstotliwości setek kHz. Jednak w zakresie wysokich częstotliwości efekt LDO nie jest już tak idealny.
Zmniejsz zmarszczki. Okablowanie PCB zasilacza impulsowego jest również krytyczne. W przypadku szumów o wysokiej częstotliwości, ze względu na dużą częstotliwość wysokiej częstotliwości, chociaż filtrowanie po etapie ma pewien efekt, efekt nie jest oczywisty. Istnieją specjalne badania w tym zakresie. Najprościej jest zastosować diodę i pojemność C lub RC lub połączyć indukcyjność szeregowo.
Powyższy rysunek przedstawia obwód zastępczy rzeczywistej diody. Gdy dioda jest szybka, należy wziąć pod uwagę parametry pasożytnicze. Podczas odwrotnego odzyskiwania diody równoważna indukcyjność i równoważna pojemność stały się oscylatorem RC, generującym oscylacje o wysokiej częstotliwości. Aby stłumić te oscylacje o wysokiej częstotliwości, konieczne jest podłączenie sieci buforowej pojemnościowej C lub RC na obu końcach diody. Rezystancja wynosi zazwyczaj 10Ω-100 ω, a pojemność wynosi 4,7PF-2,2NF.
Pojemność C lub RC diody C lub RC można określić za pomocą powtarzanych testów. Jeśli nie zostanie on odpowiednio wybrany, spowoduje to silniejsze oscylacje.
Czas publikacji: 8 lipca 2023 r
