Ondulația puterii de comutare este inevitabilă. Scopul nostru final este de a reduce ondulația de ieșire la un nivel tolerabil. Cea mai fundamentală soluție pentru a atinge acest scop este de a evita generarea de ondulații. În primul rând, și cauza.
Odată cu comutarea întrerupătorului, curentul din inductanța L fluctuează, de asemenea, în sus și în jos la valoarea validă a curentului de ieșire. Prin urmare, va exista și o ondulație de aceeași frecvență ca și comutatorul la capătul de ieșire. În general, ondulațiile nervurii se referă la aceasta, fiind legată de capacitatea condensatorului de ieșire și de ESR. Frecvența acestei ondulații este aceeași cu cea a sursei de alimentare în comutație, cu un interval de la zeci la sute de kHz.
În plus, tranzistoarele bipolare Switch utilizează în general tranzistoare MOSFET. Indiferent de tipul acestora, va exista un timp de creștere și un timp de descreștere atunci când comutatorul este pornit sau inactiv. În acest moment, nu va exista zgomot în circuit, care să fie același cu timpul de creștere sau de descreștere al comutatorului, și este în general de ordinul zecilor de MHz. În mod similar, dioda D este în revenire inversă. Circuitul echivalent este o serie de condensatoare de rezistență și inductoare, care vor provoca rezonanță, iar frecvența zgomotului este de ordinul zecilor de MHz. Aceste două zgomote sunt în general numite zgomot de înaltă frecvență, iar amplitudinea este de obicei mult mai mare decât ondulația.
Dacă este vorba de un convertor AC/DC, pe lângă cele două ondulații (zgomot) de mai sus, există și zgomot de curent alternativ. Frecvența este frecvența sursei de alimentare de curent alternativ de intrare, aproximativ 50-60 Hz. Există, de asemenea, un zgomot de co-mod, deoarece dispozitivul de alimentare al multor surse de alimentare în comutație folosește carcasa ca radiator, ceea ce produce o capacitate echivalentă.
Măsurarea ondulațiilor de putere de comutare
Cerințe de bază:
Cuplarea cu un osciloscop AC
Limită de lățime de bandă de 20 MHz
Deconectați firul de împământare al sondei
Cuplarea 1. AC are rolul de a elimina tensiunea continuă suprapusă și de a obține o formă de undă precisă.
2. Deschiderea limitei de lățime de bandă de 20MHz are rolul de a preveni interferența zgomotului de înaltă frecvență și de a preveni erorile. Deoarece amplitudinea compoziției de înaltă frecvență este mare, aceasta trebuie eliminată la măsurare.
3. Deconectați clema de împământare a sondei osciloscopului și utilizați măsurarea împământării pentru a reduce interferențele. Multe departamente nu au inele de împământare. Dar luați în considerare acest factor atunci când evaluați dacă este calificat.
Un alt aspect este utilizarea unui terminal de 50Ω. Conform informațiilor despre osciloscop, modulul de 50Ω are rolul de a elimina componenta continuă și de a măsura cu precizie componenta alternativă. Cu toate acestea, există puține osciloscoape cu astfel de sonde speciale. În majoritatea cazurilor, se utilizează sonde de la 100kΩ la 10MΩ, ceea ce este momentan neclar.
Cele de mai sus sunt precauțiile de bază la măsurarea ondulației de comutare. Dacă sonda osciloscopului nu este expusă direct la punctul de ieșire, aceasta trebuie măsurată prin cabluri răsucite sau cabluri coaxiale de 50Ω.
Când se măsoară zgomot de înaltă frecvență, întreaga bandă a osciloscopului este, în general, de la sute de mega până la GHz. Alte frecvențe sunt la fel ca cele de mai sus. Este posibil ca diferite companii să aibă metode de testare diferite. În final, trebuie să cunoașteți rezultatele testelor.
Despre osciloscop:
Unele osciloscoape digitale nu pot măsura corect ondulațiile din cauza interferențelor și a spațiului de stocare. În acest moment, osciloscopul trebuie înlocuit. Uneori, deși lățimea de bandă a vechiului osciloscop de simulare este de doar zeci de mega, performanța este mai bună decât cea a osciloscopului digital.
Inhibarea ondulațiilor de putere de comutare
Pentru ondulațiile de comutare, care există teoretic și în realitate. Există trei modalități de a le suprima sau reduce:
1. Creșterea inductanței și a filtrării condensatorului de ieșire
Conform formulei sursei de alimentare în comutație, fluctuația curentului și valoarea inductanței inductive devin invers proporționale, iar ondulațiile de ieșire și condensatoarele de ieșire sunt invers proporționale. Prin urmare, creșterea condensatoarelor electrice și de ieșire poate reduce ondulațiile.
Imaginea de mai sus prezintă forma de undă a curentului în inductorul L al sursei de alimentare în comutație. Curentul său de ondulație △ i poate fi calculat cu următoarea formulă:
Se poate observa că creșterea valorii L sau creșterea frecvenței de comutare poate reduce fluctuațiile de curent ale inductanței.
În mod similar, relația dintre ondulațiile de ieșire și condensatoarele de ieșire: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Se poate observa că creșterea valorii condensatorului de ieșire poate reduce ondulația.
Metoda obișnuită este utilizarea condensatoarelor electrolitice din aluminiu pentru capacitatea de ieșire, pentru a atinge scopul unei capacități mari. Cu toate acestea, condensatoarele electrolitice nu sunt foarte eficiene în suprimarea zgomotului de înaltă frecvență, iar ESR-ul este relativ mare, așa că se va conecta un condensator ceramic lângă ele pentru a compensa lipsa condensatoarelor electrolitice din aluminiu.
În același timp, când sursa de alimentare funcționează, tensiunea VIN a terminalului de intrare rămâne neschimbată, dar curentul se schimbă odată cu comutatorul. În acest moment, sursa de alimentare de intrare nu furnizează curent, de obicei în apropierea terminalului de intrare (luând ca exemplu tipul buck, este lângă comutator) și conectează condensatorul pentru a furniza curent.
După aplicarea acestei contramăsuri, sursa de alimentare cu comutator Buck este prezentată în figura de mai jos:
Abordarea de mai sus se limitează la reducerea ondulațiilor. Din cauza limitei de volum, inductanța nu va fi foarte mare; condensatorul de ieșire crește într-o anumită măsură și nu există un efect evident asupra reducerii ondulațiilor; creșterea frecvenței de comutare va crește pierderile de comutare. Așadar, atunci când cerințele sunt stricte, această metodă nu este foarte bună.
Pentru principiile surselor de alimentare în comutație, puteți consulta diverse tipuri de manuale de proiectare a surselor de alimentare în comutație.
2. Filtrarea pe două niveluri constă în adăugarea de filtre LC de primul nivel
Efectul inhibitor al filtrului LC asupra ondulației de zgomot este relativ evident. În funcție de frecvența ondulației care trebuie eliminată, selectați condensatorul inductor adecvat pentru a forma circuitul de filtrare. În general, acesta poate reduce bine ondulațiile. În acest caz, trebuie să luați în considerare punctul de eșantionare al tensiunii de feedback. (Așa cum se arată mai jos)
Punctul de eșantionare este selectat înainte de filtrul LC (PA), iar tensiunea de ieșire va fi redusă. Deoarece orice inductanță are o rezistență de curent continuu, atunci când există un curent de ieșire, va exista o cădere de tensiune în inductanță, rezultând o scădere a tensiunii de ieșire a sursei de alimentare. Iar această cădere de tensiune se modifică odată cu curentul de ieșire.
Punctul de eșantionare este selectat după filtrul LC (PB), astfel încât tensiunea de ieșire să fie tensiunea dorită. Cu toate acestea, în sistemul de alimentare sunt introduse o inductanță și un condensator, ceea ce poate cauza instabilitate a sistemului.
3. După ieșirea sursei de alimentare în comutație, conectați filtrarea LDO
Aceasta este cea mai eficientă metodă de a reduce ondulațiile și zgomotul. Tensiunea de ieșire este constantă și nu necesită modificarea sistemului de feedback original, dar este și cea mai rentabilă și are cel mai mare consum de energie.
Orice LDO are un indicator: raportul de suprimare a zgomotului. Este o curbă frecvență-DB, așa cum se arată în figura de mai jos, curba LT3024.
După LDO, ondulația de comutare este în general sub 10 mV. Următoarea figură prezintă o comparație a ondulațiilor înainte și după LDO:
Comparativ cu curba din figura de mai sus și forma de undă din stânga, se poate observa că efectul inhibitor al LDO este foarte bun pentru ondulații de comutație de sute de KHz. Însă, într-un interval de frecvență înaltă, efectul LDO nu este atât de ideal.
Reduceți ondulațiile. Cablarea PCB a sursei de alimentare în comutație este, de asemenea, critică. Pentru zgomotul de înaltă frecvență, din cauza frecvenței mari, deși filtrarea post-etapă are un anumit efect, efectul nu este evident. Există studii speciale în acest sens. Abordarea simplă este de a conecta dioda și capacitatea C sau RC sau de a conecta inductanța în serie.
Figura de mai sus reprezintă un circuit echivalent al diodei reale. Când dioda funcționează la viteză mare, trebuie luați în considerare parametrii paraziți. În timpul recuperării inverse a diodei, inductanța echivalentă și capacitatea echivalentă devin un oscilator RC, generând oscilații de înaltă frecvență. Pentru a suprima această oscilație de înaltă frecvență, este necesar să se conecteze o capacitate C sau o rețea tampon RC la ambele capete ale diodei. Rezistența este în general 10Ω-100 ω, iar capacitatea este 4,7PF-2,2NF.
Capacitatea C sau RC de pe dioda C sau RC poate fi determinată prin teste repetate. Dacă nu este selectată corect, va provoca oscilații mai severe.
Data publicării: 08 iulie 2023
