Ondularea puterii de comutare este inevitabil. Scopul nostru final este de a reduce ondulația de ieșire la un nivel tolerabil. Cea mai fundamentală soluție pentru atingerea acestui scop este evitarea generării de ondulații. În primul rând Și cauza.
Cu comutatorul comutatorului, curentul din inductanța L fluctuează și în sus și în jos la valoarea validă a curentului de ieșire. Prin urmare, va exista și o ondulație care este aceeași frecvență ca Switch la capătul de ieșire. În general, ondulațiile riber se referă la aceasta, care este legată de capacitatea condensatorului de ieșire și ESR. Frecvența acestei ondulații este aceeași cu a sursei de alimentare comutatoare, cu o gamă de zeci până la sute de kHz.
În plus, Switch utilizează în general tranzistori bipolari sau MOSFET. Indiferent care este, va exista o creștere și o scădere a timpului când este pornit și mort. În acest moment, nu va exista niciun zgomot în circuit care să fie la fel cu timpul de creștere cu timpul de scădere a comutatorului, sau de câteva ori, și este în general de zeci de MHz. În mod similar, dioda D este în recuperare inversă. Circuitul echivalent este seria de condensatoare și inductori de rezistență, care va provoca rezonanță, iar frecvența zgomotului este de zeci de MHz. Aceste două zgomote sunt denumite în general zgomot de înaltă frecvență, iar amplitudinea este de obicei mult mai mare decât ondulația.
Dacă este un convertor AC/DC, pe lângă cele două ondulații de mai sus (zgomot), există și zgomot AC. Frecvența este frecvența sursei de alimentare CA de intrare, aproximativ 50-60Hz. Există, de asemenea, un zgomot co-mod, deoarece dispozitivul de alimentare al multor surse de alimentare comutatoare folosește carcasa ca radiator, care produce o capacitate echivalentă.
Măsurarea ondulațiilor puterii de comutare
Cerințe de bază:
Cuplare cu un osciloscop AC
Limită de lățime de bandă de 20 MHz
Deconectați firul de împământare al sondei
1. Cuplarea AC este de a elimina tensiunea DC de suprapunere și de a obține o formă de undă precisă.
2. Deschiderea limitei lățimii de bandă de 20 MHz este pentru a preveni interferența zgomotului de înaltă frecvență și pentru a preveni eroarea. Deoarece amplitudinea compoziției de înaltă frecvență este mare, aceasta ar trebui eliminată atunci când este măsurată.
3. Deconectați clema de împământare a sondei osciloscopului și utilizați măsurarea de măsurare a solului pentru a reduce interferența. Multe departamente nu au inele de împământare. Dar luați în considerare acest factor atunci când judecați dacă este calificat.
Un alt punct este să utilizați un terminal de 50Ω. Conform informațiilor osciloscopului, modulul de 50Ω trebuie să îndepărteze componenta DC și să măsoare cu precizie componenta AC. Cu toate acestea, există puține osciloscoape cu astfel de sonde speciale. În cele mai multe cazuri, se utilizează sonde de la 100kΩ la 10MΩ, ceea ce este temporar neclar.
Cele de mai sus sunt precauțiile de bază atunci când se măsoară ondulația de comutare. Dacă sonda osciloscopului nu este expusă direct la punctul de ieșire, ar trebui măsurată prin linii răsucite sau cabluri coaxiale de 50Ω.
Când se măsoară zgomotul de înaltă frecvență, banda completă a osciloscopului este, în general, la nivel de sute de mega până la GHz. Altele sunt la fel ca cele de mai sus. Poate că diferite companii au metode de testare diferite. În ultimă analiză, trebuie să cunoașteți rezultatele testelor.
Despre osciloscop:
Unele osciloscoape digitale nu pot măsura ondulațiile corect din cauza interferențelor și adâncimii de stocare. În acest moment, osciloscopul trebuie înlocuit. Uneori, deși vechiul osciloscop de simulare lățimea de bandă este de doar zeci de mega, performanța este mai bună decât osciloscopul digital.
Inhibarea ondulațiilor puterii de comutare
Pentru comutarea ondulațiilor, există teoretic și efectiv. Există trei moduri de a o suprima sau de a reduce:
1. Creșteți inductanța și filtrarea condensatorului de ieșire
Conform formulei sursei de alimentare cu comutare, mărimea fluctuației curente și valoarea inductanței inductanței devin invers proporționale, iar ondulațiile de ieșire și condensatorii de ieșire sunt invers proporționale. Prin urmare, creșterea condensatorilor electrici și de ieșire poate reduce ondulațiile.
Imaginea de mai sus este forma de undă a curentului în inductorul de alimentare cu comutație L. Curentul său de ondulare △ i poate fi calculat din următoarea formulă:
Se poate observa că creșterea valorii L sau creșterea frecvenței de comutare poate reduce fluctuațiile curentului în inductanță.
În mod similar, relația dintre ondulațiile de ieșire și condensatorii de ieșire: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Se poate observa că creșterea valorii condensatorului de ieșire poate reduce ondulația.
Metoda obișnuită este de a folosi condensatori electrolitici din aluminiu pentru capacitatea de ieșire pentru a atinge scopul unei capacități mari. Cu toate acestea, condensatorii electrolitici nu sunt foarte eficienți în suprimarea zgomotului de înaltă frecvență, iar ESR este relativ mare, așa că va conecta un condensator ceramic lângă el pentru a compensa lipsa condensatoarelor electrolitice din aluminiu.
În același timp, când sursa de alimentare funcționează, tensiunea VIN a terminalului de intrare este neschimbată, dar curentul se modifică cu comutatorul. În acest moment, sursa de alimentare de intrare nu furnizează un puț de curent, de obicei lângă terminalul de intrare de curent (luând ca exemplu tipul de dolar, este lângă Switch) și conectează capacitatea pentru a furniza curent.
După aplicarea acestei contramăsuri, sursa de alimentare a comutatorului 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 niciun efect evident asupra reducerii ondulațiilor; creșterea frecvenței de comutare va crește pierderea de comutare. Deci, atunci când cerințele sunt stricte, această metodă nu este foarte bună.
Pentru principiile comutării sursei de alimentare, puteți consulta diverse tipuri de manuale de proiectare a puterii de comutare.
2. Filtrarea pe două niveluri înseamnă adăugarea de filtre LC de primul nivel
Efectul inhibitor al filtrului LC asupra ondulației de zgomot este relativ evident. În funcție de frecvența de ondulare care trebuie îndepărtată, selectați condensatorul inductor adecvat pentru a forma circuitul de filtru. În general, 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 înaintea filtrului LC (PA), iar tensiunea de ieșire va fi redusă. Deoarece orice inductanță are o rezistență de curent continuu, atunci când există o ieșire de curent, va exista o scădere de tensiune a inductanței, ducând la o scădere a tensiunii de ieșire a sursei de alimentare. Și 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 pe care o dorim. 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 comutare, conectați filtrarea LDO
Acesta este cel mai eficient mod de a reduce ondulațiile și zgomotul. Tensiunea de ieșire este constantă și nu trebuie să schimbe sistemul original de feedback, dar este, de asemenea, cel mai rentabil și cel mai mare consum de energie.
Orice LDO are un indicator: raport de suprimare a zgomotului. Este o curbă frecvență-DB, așa cum se arată în figura de mai jos este curba LT3024 LT3024.
După LDO, ondulația de comutare este în general sub 10mV. Următoarea figură este o comparație a ondulațiilor înainte și după LDO:
În comparație 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 ondulațiile de comutare de sute de KHz. Dar într-un interval de frecvență înaltă, efectul LDO nu este atât de ideal.
Reduceți ondulațiile. Cablajul PCB al sursei de alimentare comutatoare este, de asemenea, critic. Pentru zgomotul de înaltă frecvență, datorită frecvenței mari de înaltă frecvență, deși filtrarea post-etapă are un anumit efect, efectul nu este evident. Există studii speciale în acest sens. Abordarea simplă este să fie pe diodă și capacitatea C sau RC sau să conectați inductanța în serie.
Figura de mai sus este un circuit echivalent al diodei reale. Când dioda este de mare viteză, trebuie luați în considerare parametrii paraziți. În timpul recuperării inverse a diodei, inductanța echivalentă și capacitatea echivalentă au devenit un oscilator RC, generând oscilații de înaltă frecvență. Pentru a suprima această oscilație de înaltă frecvență, este necesar să conectați rețeaua tampon de capacitate C sau RC la ambele capete ale diodei. Rezistența este în general 10Ω-100 ω, iar capacitatea este 4.7PF-2.2NF.
Capacitatea C sau RC pe dioda C sau RC poate fi determinată prin teste repetate. Dacă nu este selectat corespunzător, va provoca oscilații mai severe.
Ora postării: Iul-08-2023
