Valovitost sklopne snage je neizbježna. Naš je krajnji cilj smanjiti izlaznu valovitost na podnošljivu razinu. Najosnovnije rješenje za postizanje tog cilja je izbjegavanje stvaranja valovitosti. Prije svega, uzrok.
S preklopkom SWITCH-a, struja u induktivitetu L također fluktuira gore-dolje pri valjanoj vrijednosti izlazne struje. Stoga će se na izlaznom kraju pojaviti i valovitost iste frekvencije kao i SWITCH. Općenito, valovitost rebra odnosi se na ovo, što je povezano s kapacitetom izlaznog kondenzatora i ESR-om. Frekvencija ove valovitosti ista je kao i kod preklopnog napajanja, s rasponom od desetaka do stotina kHz.
Osim toga, Switch općenito koristi bipolarne tranzistore ili MOSFET-ove. Bez obzira na to koji je, postojat će vrijeme porasta i smanjenja kada je uključen i mrtav. U ovom trenutku neće biti šuma u krugu koji je jednak vremenu porasta i smanjenja Switcha ili nekoliko puta veći, a općenito je desetke MHz. Slično tome, dioda D je u obrnutom oporavku. Ekvivalentni krug je niz otpornih kondenzatora i induktora, što će uzrokovati rezonancu, a frekvencija šuma je desetke MHz. Ova dva šuma općenito se nazivaju visokofrekventnim šumom, a amplituda je obično mnogo veća od valovitosti.
Ako se radi o AC/DC pretvaraču, uz gore navedena dva valovita zvuka (šuma), javlja se i AC šum. Frekvencija je frekvencija ulaznog AC napajanja, oko 50-60Hz. Također postoji i šum u ko-modu, jer mnogi sklopni izvori napajanja koriste kućište kao radijator, što stvara ekvivalentni kapacitet.
Mjerenje valovitosti sklopne snage
Osnovni zahtjevi:
Spajanje s osciloskopom AC
Ograničenje propusnosti od 20 MHz
Isključite uzemljenu žicu sonde
1.AC spajanje služi za uklanjanje superpozicije istosmjernog napona i dobivanje točnog valnog oblika.
2. Otvaranje granice propusnosti od 20 MHz sprječava interferenciju visokofrekventnog šuma i sprječava pogrešku. Budući da je amplituda visokofrekventnog sastava velika, treba je ukloniti prilikom mjerenja.
3. Isključite uzemljenje s osciloskopske sonde i upotrijebite mjerenje uzemljenja kako biste smanjili smetnje. Mnogi odjeli nemaju prstenove za uzemljenje. No, uzmite u obzir ovaj faktor prilikom procjene je li kvalificiran.
Druga stvar je korištenje terminala od 50Ω. Prema informacijama osciloskopa, modul od 50Ω služi za uklanjanje istosmjerne komponente i precizno mjerenje izmjenične komponente. Međutim, postoji malo osciloskopa s takvim posebnim sondama. U većini slučajeva koriste se sonde od 100kΩ do 10MΩ, što je trenutno nejasno.
Gore navedene su osnovne mjere opreza pri mjerenju valovitosti preklapanja. Ako sonda osciloskopa nije izravno izložena izlaznoj točki, treba je mjeriti upletenim vodovima ili koaksijalnim kabelima od 50Ω.
Prilikom mjerenja visokofrekventnog šuma, puni opseg osciloskopa je općenito na razini od stotina mega do GHz. Drugi su isti kao gore navedeni. Možda različite tvrtke imaju različite metode ispitivanja. U konačnoj analizi, morate znati rezultate ispitivanja.
O osciloskopu:
Neki digitalni osciloskopi ne mogu ispravno mjeriti valove zbog smetnji i dubine pohrane. U tom slučaju osciloskop treba zamijeniti. Ponekad, iako je propusnost starog simulacijskog osciloskopa samo nekoliko desetaka megabajta, performanse su bolje od digitalnih osciloskopa.
Inhibicija valovitosti preklopne snage
Za preklopne valove, teoretski i stvarno postoje. Postoje tri načina za njihovo suzbijanje ili smanjenje:
1. Povećajte induktivitet i filtriranje izlaznog kondenzatora
Prema formuli sklopnog napajanja, veličina fluktuacije struje i vrijednost induktiviteta postaju obrnuto proporcionalne, a izlazni valovi i izlazni kondenzatori su obrnuto proporcionalni. Stoga, povećanje električnih i izlaznih kondenzatora može smanjiti valove.
Gornja slika prikazuje valni oblik struje u induktoru L sklopnog napajanja. Njegova struja valovitosti △ i može se izračunati pomoću sljedeće formule:
Može se vidjeti da povećanje vrijednosti L ili povećanje frekvencije preklapanja može smanjiti fluktuacije struje u induktivitetu.
Slično tome, odnos između izlaznog valovitosti i izlaznih kondenzatora: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Može se vidjeti da povećanje vrijednosti izlaznog kondenzatora može smanjiti valovitost.
Uobičajena metoda je korištenje aluminijskih elektrolitskih kondenzatora za izlazni kapacitet kako bi se postigao cilj velikog kapaciteta. Međutim, elektrolitički kondenzatori nisu jako učinkoviti u suzbijanju visokofrekventnog šuma, a ESR je relativno velik, pa će se pored njega spojiti keramički kondenzator kako bi se nadoknadio nedostatak aluminijskih elektrolitskih kondenzatora.
Istovremeno, kada napajanje radi, napon VIN ulaznog terminala se ne mijenja, ali se struja mijenja s prekidačem. U ovom trenutku, ulazno napajanje ne osigurava strujni bunar, obično blizu strujnog ulaznog terminala (uzimajući kao primjer buck tip, blizu prekidača), i spaja kapacitivnost za osiguravanje struje.
Nakon primjene ove protumjere, napajanje s Buck sklopkom prikazano je na slici ispod:
Gore navedeni pristup ograničen je na smanjenje valovitosti. Zbog ograničenja volumena, induktivitet neće biti jako velik; izlazni kondenzator se povećava do određene mjere i nema očitog učinka na smanjenje valovitosti; povećanje frekvencije preklapanja povećat će gubitke preklopnika. Dakle, kada su zahtjevi strogi, ova metoda nije baš dobra.
Za principe preklopnog napajanja možete se obratiti raznim priručnicima za dizajn preklopnog napajanja.
2. Dvorazinsko filtriranje je dodavanje LC filtera prve razine
Inhibitorni učinak LC filtra na valovitost šuma je relativno očit. Ovisno o frekvenciji valovitosti koju treba ukloniti, odaberite odgovarajući induktivni kondenzator za formiranje kruga filtra. Općenito, to može dobro smanjiti valovitost. U ovom slučaju, potrebno je uzeti u obzir točku uzorkovanja povratnog napona. (Kao što je prikazano dolje)
Točka uzorkovanja odabire se prije LC filtra (PA), a izlazni napon će se smanjiti. Budući da svaki induktivitet ima istosmjerni otpor, kada postoji strujni izlaz, doći će do pada napona u induktivitetu, što će rezultirati smanjenjem izlaznog napona napajanja. I taj pad napona se mijenja s izlaznom strujom.
Točka uzorkovanja odabire se nakon LC filtra (PB), tako da izlazni napon bude željeni napon. Međutim, unutar elektroenergetskog sustava uvode se induktivitet i kondenzator, što može uzrokovati nestabilnost sustava.
3. Nakon izlaza sklopnog napajanja, spojite LDO filtriranje
Ovo je najučinkovitiji način za smanjenje valovitosti i šuma. Izlazni napon je konstantan i ne treba mijenjati izvorni sustav povratne veze, ali je ujedno i najisplativiji i ima najveću potrošnju energije.
Svaki LDO ima indikator: omjer supresije šuma. To je krivulja frekvencija-DB, kao što je prikazano na slici ispod, krivulja LT3024 LT3024.
Nakon LDO-a, valovitost preklapanja je općenito ispod 10 mV. Sljedeća slika prikazuje usporedbu valovitosti prije i nakon LDO-a:
U usporedbi s krivuljom na gornjoj slici i valnim oblikom s lijeve strane, može se vidjeti da je inhibitorni učinak LDO-a vrlo dobar za preklopne valove od stotina kHz. Ali unutar visokofrekventnog raspona, učinak LDO-a nije tako idealan.
Smanjite valovitost. Ožičenje PCB-a sklopnog napajanja također je ključno. Za visokofrekventni šum, zbog velike frekvencije visoke frekvencije, iako filtriranje nakon faze ima određeni učinak, učinak nije očit. Postoje posebne studije u tom smislu. Jednostavan pristup je spojiti diodu i kapacitet C ili RC ili spojiti induktivitet serijski.
Gornja slika prikazuje ekvivalentni krug stvarne diode. Kada je dioda brza, moraju se uzeti u obzir parazitski parametri. Tijekom povratnog oporavka diode, ekvivalentni induktivitet i ekvivalentni kapacitet postaju RC oscilator, generirajući visokofrekventne oscilacije. Kako bi se potisnule ove visokofrekventne oscilacije, potrebno je spojiti kapacitet C ili RC međuspremničku mrežu na oba kraja diode. Otpor je općenito 10Ω - 100 ω, a kapacitet je 4,7PF - 2,2NF.
Kapacitet C ili RC na diodi C ili RC može se odrediti ponovljenim testovima. Ako se ne odabere pravilno, uzrokovat će jače oscilacije.
Vrijeme objave: 08.07.2023.
