Пулсациите при превключване са неизбежни. Крайната ни цел е да намалим пулсациите на изхода до поносимо ниво. Най-фундаменталното решение за постигане на тази цел е да избегнем генерирането на пулсации. Преди всичко, и причината за тях.
При превключване на ПРЕВКЛЮЧВАТЕЛЯ, токът в индуктивността L също се колебае нагоре и надолу при валидната стойност на изходния ток. Следователно, на изходния край ще има и пулсации със същата честота като тази на превключвателя. Обикновено пулсациите на оребрението се отнасят до това, което е свързано с капацитета на изходния кондензатор и ESR. Честотата на тези пулсации е същата като на импулсното захранване, с диапазон от десетки до стотици kHz.
Освен това, Switch обикновено използва биполярни транзистори или MOSFET. Независимо кой е, ще има време за нарастване и намаляване, когато е включен и не е напрегнат. В този момент няма да има шум във веригата, който е равен на времето за нарастване и намаляване на Switch или няколко пъти по-голям и обикновено е десетки MHz. По подобен начин диодът D е в обратно възстановяване. Еквивалентната верига е серия от съпротивителни кондензатори и индуктори, които ще причинят резонанс, а честотата на шума е десетки MHz. Тези два шума обикновено се наричат високочестотен шум, а амплитудата им обикновено е много по-голяма от пулсациите.
Ако става въпрос за AC/DC конвертор, освен гореспоменатите две пулсации (шум), има и AC шум. Честотата е честотата на входното AC захранване, около 50-60Hz. Съществува и шум в режим на съвместно захранване, тъй като много импулсни захранвания използват корпуса като радиатор, което създава еквивалентен капацитет.
Измерване на пулсациите на комутационната мощност
Основни изисквания:
Свързване с осцилоскоп AC
Ограничение на честотната лента от 20MHz
Изключете заземяващия проводник на сондата
1. AC свързването е за премахване на суперпозицията на DC напрежение и получаване на точна форма на вълната.
2. Отварянето на ограничението на честотната лента от 20MHz е за предотвратяване на смущения от високочестотен шум и предотвратяване на грешки. Тъй като амплитудата на високочестотния шум е голяма, тя трябва да бъде премахната при измерване.
3. Изключете заземяващия контакт на осцилоскопската сонда и използвайте измерването на заземяването, за да намалите смущенията. Много отдели нямат заземителни пръстени. Но вземете предвид този фактор, когато преценявате дали е подходящ.
Друг момент е използването на 50Ω терминал. Според информацията на осцилоскопа, 50Ω модулът е предназначен за премахване на постоянния компонент и точно измерване на променливия компонент. Въпреки това, има малко осцилоскопа с такива специални сонди. В повечето случаи се използват сонди от 100kΩ до 10MΩ, което временно е неясно.
Горното са основните предпазни мерки при измерване на пулсациите при превключване. Ако сондата на осцилоскопа не е директно изложена на изходната точка, тя трябва да се измери чрез усукани линии или коаксиални кабели 50Ω.
При измерване на високочестотен шум, пълният обхват на осцилоскопа обикновено е от стотици мегагигахерци до гигахерци. Други са същите като горните. Възможно е различните компании да имат различни методи за тестване. В крайна сметка, трябва да знаете резултатите от теста си.
Относно осцилоскопа:
Някои цифрови осцилоскопи не могат да измерват правилно пулсациите поради смущения и дълбочина на съхранение. В този случай осцилоскопът трябва да бъде сменен. Понякога, въпреки че честотната лента на стария симулационен осцилоскоп е само десетки мегабайти, производителността е по-добра от тази на цифровия осцилоскоп.
Инхибиране на пулсациите при превключване на мощността
При превключването на вълни, теоретично и реално съществуват. Има три начина за потискането или намаляването им:
1. Увеличете индуктивността и филтрирането на изходния кондензатор
Съгласно формулата на импулсното захранване, размерът на текущото колебание и стойността на индуктивността стават обратно пропорционални, а изходните пулсации и изходните кондензатори са обратно пропорционални. Следователно, увеличаването на електрическия капацитет и изходните кондензатори може да намали пулсациите.
Картината по-горе показва формата на вълната на тока в индуктора L на импулсния захранващ блок. Неговият пулсационен ток △ i може да се изчисли по следната формула:
Може да се види, че увеличаването на стойността на L или увеличаването на честотата на превключване може да намали колебанията на тока в индуктивността.
По подобен начин, връзката между изходните пулсации и изходните кондензатори: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Може да се види, че увеличаването на стойността на изходния кондензатор може да намали пулсациите.
Обичайният метод е да се използват алуминиеви електролитни кондензатори за изходен капацитет, за да се постигне целта за голям капацитет. Електролитните кондензатори обаче не са много ефективни за потискане на високочестотния шум, а ESR е сравнително голям, така че ще се свърже керамичен кондензатор до тях, за да се компенсира липсата на алуминиеви електролитни кондензатори.
В същото време, когато захранването работи, напрежението VIN на входния терминал не се променя, но токът се променя с превключвателя. В този случай входното захранване не осигурява токов източник, обикновено близо до токовия вход (например, типът buck е близо до превключвателя) и свързва капацитета, за да осигури ток.
След прилагане на тази контрамярка, захранването с Buck switch е показано на фигурата по-долу:
Горният подход е ограничен до намаляване на пулсациите. Поради ограничението на обема, индуктивността няма да бъде много голяма; изходният кондензатор се увеличава до известна степен и няма видим ефект върху намаляването на пулсациите; увеличаването на честотата на превключване ще увеличи загубите на превключване. Така че, когато изискванията са строги, този метод не е много добър.
За принципите на импулсно захранване можете да се обърнете към различни ръководства за проектиране на импулсни захранвания.
2. Двустепенното филтриране е за добавяне на LC филтри от първо ниво
Инхибиращият ефект на LC филтъра върху шумовите пулсации е сравнително очевиден. В зависимост от честотата на пулсациите, които трябва да бъдат премахнати, изберете подходящ индуктивен кондензатор, за да формирате филтърната верига. Като цяло, това може да намали добре пулсациите. В този случай е необходимо да се вземе предвид точката на вземане на проби от напрежението на обратната връзка. (Както е показано по-долу)
Точката на вземане на проби се избира преди LC филтъра (PA) и изходното напрежение ще бъде намалено. Тъй като всяка индуктивност има постояннотоково съпротивление, когато има изходен ток, ще има спад на напрежението в индуктивността, което ще доведе до намаляване на изходното напрежение на захранването. И този спад на напрежението се променя с изходния ток.
Точката на вземане на проби се избира след LC филтъра (PB), така че изходното напрежение да е желаното напрежение. В захранващата система обаче се въвеждат индуктивност и кондензатор, което може да причини нестабилност на системата.
3. След изхода на импулсното захранване, свържете LDO филтрирането
Това е най-ефективният начин за намаляване на пулсациите и шума. Изходното напрежение е постоянно и не е необходимо да се променя оригиналната система за обратна връзка, но е и най-рентабилният и с най-висока консумация на енергия.
Всеки LDO има индикатор: коефициент на потискане на шума. Това е крива честота-DB, както е показано на фигурата по-долу, кривата на LT3024 LT3024.
След LDO, пулсациите на превключване обикновено са под 10mV. Следната фигура е сравнение на пулсациите преди и след LDO:
В сравнение с кривата на фигурата по-горе и формата на вълната отляво, може да се види, че инхибиращият ефект на LDO е много добър за импулсите на превключване от стотици kHz. Но във високочестотен диапазон ефектът на LDO не е толкова идеален.
Намалете пулсациите. Окабеляването на печатната платка на импулсното захранване също е от решаващо значение. При високочестотен шум, поради високата честота на високочестотния шум, въпреки че пост-каскадното филтриране има известен ефект, той не е очевиден. Има специални изследвания в това отношение. Простият подход е да се свърже диодът и капацитетът C или RC или да се свържат индуктивността последователно.
Горната фигура е еквивалентна схема на действителния диод. Когато диодът е високоскоростен, трябва да се вземат предвид паразитните параметри. По време на обратното възстановяване на диода, еквивалентната индуктивност и еквивалентният капацитет се превръщат в RC осцилатор, генерирайки високочестотни трептения. За да се потиснат тези високочестотни трептения, е необходимо да се свърже кондензатор C или RC буферна мрежа в двата края на диода. Съпротивлението обикновено е 10Ω - 100 ω, а капацитетът е 4.7PF - 2.2NF.
Кондензаторът C или RC на диода C или RC може да се определи чрез многократни тестове. Ако не е избран правилно, това ще причини по-силно трептене.
Време на публикуване: 08 юли 2023 г.
