Valovanje preklopne moči je neizogibno. Naš končni cilj je zmanjšati valovanje izhodne moči na znosno raven. Najosnovnejša rešitev za dosego tega cilja je preprečiti nastanek valovanja. Najprej in vzrok.
Z vklopom stikala STIKALA se tok v induktivnosti L spreminja navzgor in navzdol pri veljavni vrednosti izhodnega toka. Zato se na izhodnem koncu pojavi valovanje z enako frekvenco kot stikalo. Valovanje rebra se običajno nanaša na to, kar je povezano s kapaciteto izhodnega kondenzatorja in ESR. Frekvenca tega valovanja je enaka frekvenci stikalnega napajanja, z razponom od deset do sto kHz.
Poleg tega stikalo običajno uporablja bipolarne tranzistorje ali MOSFET-e. Ne glede na to, kateri je, bo med vklopom in izklopom obstajal čas naraščanja in zmanjševanja napetosti. V tem času v vezju ne bo šuma, ki bi bil enak času naraščanja in zmanjševanja napetosti stikala ali nekajkratnik časa, običajno pa je več deset MHz. Podobno je dioda D v obratni obnovi. Ekvivalentno vezje je serija uporovnih kondenzatorjev in induktorjev, ki povzročajo resonanco, frekvenca šuma pa je več deset MHz. Ta dva šuma se običajno imenujeta visokofrekvenčni šum, amplituda pa je običajno veliko večja od valovanja.
Če gre za pretvornik AC/DC, se poleg zgoraj omenjenih dveh valov (šumov) pojavlja tudi šum AC. Frekvenca je enaka frekvenci vhodnega AC napajanja, približno 50–60 Hz. Pojavlja se tudi šum v sočasnem načinu delovanja, ker napajalna naprava mnogih stikalnih napajalnikov uporablja ohišje kot radiator, kar ustvarja enakovredno kapacitivnost.
Merjenje valovanja preklopne moči
Osnovne zahteve:
Povezava z osciloskopom AC
Omejitev pasovne širine 20 MHz
Odklopite ozemljitveno žico sonde
1. AC sklopka je namenjena odstranitvi superpozicijske enosmerne napetosti in pridobitvi natančne valovne oblike.
2. Odprtje pasovne širine nad 20 MHz preprečuje motnje visokofrekvenčnega šuma in preprečuje napake. Ker je amplituda visokofrekvenčnega šuma velika, jo je treba pri merjenju odstraniti.
3. Izključite ozemljitveno sponko osciloskopske sonde in uporabite meritev ozemljitve za zmanjšanje motenj. Številni oddelki nimajo ozemljitvenih obročev. Vendar upoštevajte ta dejavnik pri presoji, ali je primeren.
Druga možnost je uporaba priključka 50Ω. Glede na informacije osciloskopa naj bi modul 50Ω odstranil enosmerno komponento in natančno izmeril izmenično komponento. Vendar pa je osciloskopov s tako posebnimi sondami malo. V večini primerov se uporabljajo sonde od 100kΩ do 10MΩ, kar je začasno nejasno.
Zgoraj so navedeni osnovni previdnostni ukrepi pri merjenju preklopnega valovanja. Če osciloskopska sonda ni neposredno izpostavljena izhodni točki, jo je treba izmeriti z zasukanimi linijami ali koaksialnimi kabli 50 Ω.
Pri merjenju visokofrekvenčnega šuma je celoten pas osciloskopa običajno na ravni več sto mega-GHz. Drugi so enaki kot zgoraj. Morda imajo različna podjetja različne metode testiranja. Navsezadnje morate poznati rezultate testov.
O osciloskopu:
Nekateri digitalni osciloskopi ne morejo pravilno izmeriti valovanja zaradi motenj in globine shranjevanja. V tem primeru je treba osciloskop zamenjati. Včasih je zmogljivost starega simulacijskega osciloskopa boljša od zmogljivosti digitalnega osciloskopa, čeprav je pasovna širina starega simulacijskega osciloskopa le nekaj deset megagramov.
Zaviranje valovanja preklopne moči
Kar zadeva preklopne valove, teoretično in dejansko obstajajo. Obstajajo trije načini za njihovo zatiranje ali zmanjšanje:
1. Povečajte induktivnost in filtriranje izhodnega kondenzatorja
V skladu s formulo stikalnega napajalnika postaneta velikost nihanja toka in vrednost induktivnosti obratno sorazmerni, izhodna valovanja in izhodni kondenzatorji pa so obratno sorazmerni. Zato lahko povečanje električne vrednosti in izhodnih kondenzatorjev zmanjša valovanje.
Zgornja slika prikazuje valovno obliko toka v induktorju L stikalnega napajalnika. Njegov valoviti tok △ i lahko izračunamo po naslednji formuli:
Vidimo lahko, da lahko povečanje vrednosti L ali povečanje preklopne frekvence zmanjša nihanja toka v induktivnosti.
Podobno je razmerje med izhodnim valovanjem in izhodnimi kondenzatorji: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Vidimo lahko, da lahko povečanje vrednosti izhodnega kondenzatorja zmanjša valovanje.
Običajna metoda je uporaba aluminijastih elektrolitskih kondenzatorjev za izhodno kapacitivnost, da se doseže namen velike kapacitete. Vendar pa elektrolitski kondenzatorji niso zelo učinkoviti pri zatiranju visokofrekvenčnega šuma, ESR pa je relativno velik, zato se poleg njih priključi keramični kondenzator, da se nadomesti pomanjkanje aluminijastih elektrolitskih kondenzatorjev.
Hkrati, ko napajalnik deluje, napetost VIN na vhodnem priključku ostane nespremenjena, tok pa se spreminja s stikalom. V tem primeru vhodni napajalnik ne zagotavlja tokovnega priključka, običajno blizu tokovnega vhodnega priključka (na primer pri tipu buck, blizu stikala), in priključi kapacitivnost za zagotavljanje toka.
Po uporabi tega protiukrepa je napajalnik Buck prikazan na spodnji sliki:
Zgornji pristop je omejen na zmanjšanje valovanja. Zaradi omejitve glasnosti induktivnost ne bo zelo velika; izhodni kondenzator se do neke mere poveča in ni očitnega učinka na zmanjšanje valovanja; povečanje preklopne frekvence bo povečalo izgubo stikala. Torej, ko so zahteve stroge, ta metoda ni zelo dobra.
Za načela preklopnega napajanja se lahko obrnete na različne priročnike za načrtovanje preklopnih napajalnikov.
2. Dvostopenjsko filtriranje je dodajanje LC filtrov prve stopnje
Zaviralni učinek LC filtra na valovanje šuma je relativno očiten. Glede na frekvenco valovanja, ki jo je treba odstraniti, izberite ustrezno indukcijsko tuljavo/kondenzator za oblikovanje filtrirnega vezja. Na splošno lahko to dobro zmanjša valovanje. V tem primeru je treba upoštevati točko vzorčenja povratne napetosti. (Kot je prikazano spodaj)
Vzorčevalna točka je izbrana pred LC filtrom (PA), izhodna napetost pa se zmanjša. Ker ima vsaka induktivnost enosmerni upor, bo pri izhodnem toku prišlo do padca napetosti na induktivnosti, kar bo povzročilo zmanjšanje izhodne napetosti napajalnika. In ta padec napetosti se spreminja z izhodnim tokom.
Vzorčevalna točka je izbrana za LC filtrom (PB), tako da je izhodna napetost želena napetost. Vendar pa sta v napajalni sistem vnesena induktivnost in kondenzator, kar lahko povzroči nestabilnost sistema.
3. Po izhodu stikalnega napajalnika priključite LDO filter.
To je najučinkovitejši način za zmanjšanje valovanja in šuma. Izhodna napetost je konstantna in ne zahteva spreminjanja originalnega sistema povratne zanke, vendar je tudi najbolj stroškovno učinkovita in ima najvišjo porabo energije.
Vsak LDO ima indikator: razmerje med frekvenco in dekompresijskim razmerjem. Gre za krivuljo frekvenca-DB, kot je prikazano na spodnji sliki, ki prikazuje krivuljo LT3024.
Po LDO je preklopna valovitost običajno pod 10 mV. Naslednja slika prikazuje primerjavo valovitosti pred in po LDO:
V primerjavi s krivuljo na zgornji sliki in valovno obliko na levi je razvidno, da je zaviralni učinek LDO zelo dober za preklopne valove v stotinah kHz. Vendar pa v visokofrekvenčnem območju učinek LDO ni tako idealen.
Zmanjšajte valovanje. Ožičenje tiskanega vezja stikalnega napajalnika je prav tako ključnega pomena. Pri visokofrekvenčnem šumu ima filtriranje po stopnji zaradi visoke frekvence določen učinek, vendar ta ni očiten. Na to temo so bile opravljene posebne študije. Preprost pristop je, da se osredotočimo na diodo in kapacitivnost C ali RC ali pa induktivnost povežemo zaporedno.
Zgornja slika prikazuje ekvivalentno vezje dejanske diode. Pri visokohitrostni diodi je treba upoštevati parazitske parametre. Med povratnim tokom diode ekvivalentna induktivnost in ekvivalentna kapacitivnost postaneta RC oscilator, ki ustvarja visokofrekvenčno nihanje. Za dušenje tega visokofrekvenčnega nihanja je treba na oba konca diode priključiti kapacitivnost C ali RC pufersko mrežo. Upornost je običajno 10Ω-100 ω, kapacitivnost pa 4,7PF-2,2NF.
Kapaciteta C ali RC na diodi C ali RC se lahko določi s ponavljajočimi se preizkusi. Če ni pravilno izbrana, bo povzročila močnejše nihanje.
Čas objave: 8. julij 2023
