Zvlnenie spínacieho výkonu je nevyhnutné. Naším konečným cieľom je znížiť výstupné zvlnenie na tolerovateľnú úroveň. Najzásadnejším riešením na dosiahnutie tohto účelu je vyhnúť sa vytváraniu zvlnenia. V prvom rade A príčina.
S prepínačom SWITCH prúd v indukčnosti L tiež kolíše hore a dole pri platnej hodnote výstupného prúdu. Preto bude na výstupe existovať aj zvlnenie, ktoré má rovnakú frekvenciu ako Switch. Vo všeobecnosti sa na to vzťahuje vlnenie rebra, ktoré súvisí s kapacitou výstupného kondenzátora a ESR. Frekvencia tohto zvlnenia je rovnaká ako u spínaného zdroja s rozsahom desiatok až stoviek kHz.
Okrem toho Switch vo všeobecnosti používa bipolárne tranzistory alebo MOSFET. Bez ohľadu na to, ktorý z nich je, bude čas stúpania a klesania, keď je zapnutý a mŕtvy. V tomto čase nebude v obvode žiadny šum, ktorý je rovnaký ako čas nárastu ako čas stúpania poklesu spínača alebo niekoľkonásobný, a zvyčajne je desiatky MHz. Podobne je dióda D v reverznej obnove. Ekvivalentným obvodom je séria odporových kondenzátorov a tlmiviek, ktoré spôsobia rezonanciu a frekvencia šumu je desiatky MHz. Tieto dva šumy sa všeobecne nazývajú vysokofrekvenčný šum a amplitúda je zvyčajne oveľa väčšia ako zvlnenie.
Ak ide o menič AC / DC, okrem vyššie uvedených dvoch vlnení (šumu) existuje aj striedavý šum. Frekvencia je frekvencia vstupného AC napájania, asi 50-60Hz. Existuje tiež ko-režimový šum, pretože napájacie zariadenie mnohých spínaných zdrojov používa plášť ako žiarič, ktorý vytvára ekvivalentnú kapacitu.
Meranie zvlnenia spínacieho výkonu
Základné požiadavky:
Spojenie s osciloskopom AC
Limit šírky pásma 20 MHz
Odpojte uzemňovací vodič sondy
1.AC spojenie má odstrániť superpozíciu jednosmerného napätia a získať presný tvar vlny.
2. Otvorenie limitu šírky pásma 20 MHz má zabrániť rušeniu vysokofrekvenčného šumu a zabrániť chybe. Pretože amplitúda vysokofrekvenčného zloženia je veľká, mala by sa pri meraní odstrániť.
3. Odpojte uzemňovaciu svorku sondy osciloskopu a použite meranie uzemnenia na zníženie rušenia. Mnohé oddelenia nemajú zemné kruhy. Ale zvážte tento faktor pri posudzovaní, či je kvalifikovaný.
Ďalším bodom je použitie 50Ω terminálu. Podľa informácií z osciloskopu má 50Ω modul odstrániť jednosmernú zložku a presne zmerať striedavú zložku. Osciloskopov s takýmito špeciálnymi sondami je však málo. Vo väčšine prípadov sa používa použitie sond od 100kΩ do 10MΩ, čo je dočasne nejasné.
Vyššie uvedené sú základné opatrenia pri meraní spínacieho zvlnenia. Ak sonda osciloskopu nie je priamo vystavená výstupnému bodu, malo by sa merať pomocou skrútených vedení alebo 50Ω koaxiálnych káblov.
Pri meraní vysokofrekvenčného šumu je celé pásmo osciloskopu vo všeobecnosti na úrovni stoviek mega až GHz. Ostatné sú rovnaké ako vyššie uvedené. Možno majú rôzne spoločnosti rôzne metódy testovania. V konečnom dôsledku musíte poznať výsledky svojich testov.
O osciloskope:
Niektoré digitálne osciloskopy nedokážu správne merať vlnenie kvôli interferencii a hĺbke uloženia. V tomto čase by sa mal osciloskop vymeniť. Niekedy, hoci šírka pásma starého simulačného osciloskopu je len desiatky mega, výkon je lepší ako digitálny osciloskop.
Inhibícia zvlnenia spínacieho výkonu
Pre spínacie vlnky teoreticky aj reálne existujú. Existujú tri spôsoby, ako ho potlačiť alebo znížiť:
1. Zvýšte indukčnosť a filtrovanie výstupného kondenzátora
Podľa vzorca spínaného zdroja sa veľkosť kolísania prúdu a hodnota indukčnosti indukčnej indukčnosti stávajú nepriamo úmerné a výstupné zvlnenia a výstupné kondenzátory sú nepriamo úmerné. Preto zvýšenie elektrických a výstupných kondenzátorov môže znížiť zvlnenie.
Na obrázku vyššie je priebeh prúdu v tlmivke L spínaného zdroja. Jeho zvlnený prúd △ i možno vypočítať z nasledujúceho vzorca:
Je zrejmé, že zvýšenie hodnoty L alebo zvýšenie spínacej frekvencie môže znížiť kolísanie prúdu v indukčnosti.
Podobne vzťah medzi výstupným zvlnením a výstupnými kondenzátormi: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Je vidieť, že zvýšenie hodnoty výstupného kondenzátora môže znížiť zvlnenie.
Obvyklou metódou je použitie hliníkových elektrolytických kondenzátorov pre výstupnú kapacitu, aby sa dosiahol účel veľkej kapacity. Elektrolytické kondenzátory však nie sú veľmi účinné pri potláčaní vysokofrekvenčného šumu a ESR je relatívne veľké, takže vedľa seba pripojí keramický kondenzátor, aby nahradil nedostatok hliníkových elektrolytických kondenzátorov.
Súčasne, keď napájací zdroj funguje, napätie VIN vstupnej svorky sa nemení, ale prúd sa mení so spínačom. V tomto čase vstupný napájací zdroj neposkytuje prúdovú studňu, zvyčajne v blízkosti aktuálnej vstupnej svorky (ako príklad berieme typ Buck blízko spínača) a pripája kapacitu na zabezpečenie prúdu.
Po použití tohto protiopatrenia je napájací zdroj Buck spínača znázornený na obrázku nižšie:
Vyššie uvedený prístup je obmedzený na zníženie zvlnenia. Kvôli limitu hlasitosti nebude indukčnosť príliš veľká; výstupný kondenzátor sa do určitej miery zvýši a nie je zjavný vplyv na zníženie zvlnenia; zvýšenie spínacej frekvencie zvýši stratu spínania. Takže keď sú požiadavky prísne, táto metóda nie je príliš dobrá.
Princípy spínaného napájania nájdete v rôznych typoch príručiek pre návrh spínaného napájania.
2. Dvojúrovňové filtrovanie je pridanie LC filtrov prvej úrovne
Inhibičný účinok LC filtra na zvlnenie šumu je pomerne zrejmý. Podľa frekvencie zvlnenia, ktorá sa má odstrániť, vyberte vhodný indukčný kondenzátor na vytvorenie filtračného obvodu. Vo všeobecnosti môže dobre znížiť vlnenie. V tomto prípade musíte zvážiť vzorkovací bod spätnoväzbového napätia. (Ako je uvedené nižšie)
Vzorkovací bod sa vyberie pred LC filtrom (PA) a výstupné napätie sa zníži. Pretože každá indukčnosť má jednosmerný odpor, pri prúdovom výstupe dôjde k poklesu napätia v indukčnosti, čo vedie k zníženiu výstupného napätia napájacieho zdroja. A tento pokles napätia sa mení s výstupným prúdom.
Miesto odberu sa volí za LC filtrom (PB), aby výstupné napätie bolo také napätie, aké chceme. Indukčnosť a kondenzátor sú však zavedené do napájacieho systému, čo môže spôsobiť nestabilitu systému.
3. Po výstupe spínaného zdroja zapojte filtrovanie LDO
Toto je najefektívnejší spôsob, ako znížiť vlnenie a hluk. Výstupné napätie je konštantné a nie je potrebné meniť pôvodný spätnoväzbový systém, ale je tiež cenovo najefektívnejšie a má najvyššiu spotrebu energie.
Každý LDO má indikátor: pomer potlačenia hluku. Je to krivka frekvencie-DB, ako je znázornené na obrázku nižšie, je krivka LT3024 LT3024.
Po LDO je spínacie zvlnenie všeobecne pod 10 mV. Nasledujúci obrázok je porovnanie vlnenia pred a po LDO:
V porovnaní s krivkou na obrázku vyššie a priebehom vľavo je možné vidieť, že inhibičný účinok LDO je veľmi dobrý pre spínacie vlnky stoviek kHz. Ale vo vysokom frekvenčnom rozsahu nie je účinok LDO taký ideálny.
Znížte vlnenie. Zapojenie PCB spínaného zdroja je tiež kritické. V prípade vysokofrekvenčného šumu, vzhľadom na veľkú frekvenciu vysokej frekvencie, má síce post-stage filtrovanie určitý efekt, ale efekt nie je zrejmý. V tejto súvislosti existujú špeciálne štúdie. Jednoduchý prístup je byť na dióde a kapacite C alebo RC, alebo zapojiť indukčnosť do série.
Vyššie uvedený obrázok je ekvivalentný obvod skutočnej diódy. Keď je dióda vysokorýchlostná, musia sa zvážiť parazitné parametre. Počas spätného zotavenia diódy sa ekvivalentná indukčnosť a ekvivalentná kapacita stali RC oscilátorom, ktorý generuje vysokofrekvenčné oscilácie. Na potlačenie tohto vysokofrekvenčného kmitania je potrebné pripojiť kapacitnú C alebo RC vyrovnávaciu sieť na oba konce diódy. Odpor je všeobecne 10Ω-100 ω a kapacita je 4,7PF-2,2NF.
Kapacita C alebo RC na dióde C alebo RC môže byť určená opakovanými testami. Ak nie je zvolený správne, spôsobí silnejšie kmitanie.
Čas odoslania: júl-08-2023
