Пулсациите на мощността при превключване са неизбежни. Нашата крайна цел е да намалим пулсациите на изхода до приемливо ниво. Най-фундаменталното решение за постигане на тази цел е да се избегне генерирането на вълни. На първо място И причината.
С превключването на превключвателя, токът в индуктивността L също се колебае нагоре и надолу при валидната стойност на изходния ток. Следователно ще има и пулсация, която е със същата честота като Switch в изходния край. Като цяло, вълните на riber се отнасят до това, което е свързано с капацитета на изходния кондензатор и ESR. Честотата на тази пулсация е същата като на импулсното захранване, с диапазон от десетки до стотици kHz.
Освен това Switch обикновено използва биполярни транзистори или MOSFET. Без значение кой е, ще има време за нарастване и намаляване, когато е включен и мъртъв. По това време във веригата няма да има шум, който е същият като времето за увеличаване като времето за намаляване на нарастването на превключвателя или няколко пъти и обикновено е десетки MHz. По подобен начин диодът D е в режим на обратно възстановяване. Еквивалентната схема е серия от съпротивителни кондензатори и индуктори, които ще предизвикат резонанс, а честотата на шума е десетки MHz. Тези два шума обикновено се наричат високочестотен шум и амплитудата обикновено е много по-голяма от пулсацията.
Ако е AC / DC конвертор, в допълнение към горните две пулсации (шум), има и AC шум. Честотата е честотата на входното променливотоково захранване, около 50-60Hz. Има и шум в съвместен режим, тъй като захранващото устройство на много импулсно захранване използва корпуса като радиатор, който произвежда еквивалентен капацитет.
Измерване на пулсации на комутационна мощност
Основни изисквания:
Свързване с осцилоскоп AC
20MHz ограничение на честотната лента
Изключете заземяващия проводник на сондата
1. AC свързването е за премахване на суперпозиционното постоянно 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 грешката. Тъй като амплитудата на високочестотния състав е голяма, тя трябва да се отстрани при измерване.
3. Изключете заземяващата скоба на сондата на осцилоскопа и използвайте измерването на земното измерване, за да намалите смущенията. Много отдели нямат земни пръстени. Но вземете предвид този фактор, когато преценявате дали е квалифициран.
Друг момент е да използвате клема 50Ω. Според информацията на осцилоскопа модулът 50Ω трябва да премахне постояннотоковия компонент и да измери точно променливотоковия компонент. Има обаче малко осцилоскопи с такива специални сонди. В повечето случаи се използват сонди от 100kΩ до 10MΩ, което е временно неясно.
Горното е основните предпазни мерки при измерване на пулсациите при превключване. Ако сондата на осцилоскопа не е директно изложена на изходната точка, тя трябва да се измерва чрез усукани линии или 50Ω коаксиални кабели.
При измерване на високочестотен шум, пълната лента на осцилоскопа обикновено е ниво от стотици мега до GHz. Други са същите като горните. Може би различните компании имат различни методи за тестване. В крайна сметка трябва да знаете резултатите от теста.
Относно осцилоскопа:
Някои цифрови осцилоскопи не могат да измерват правилно вълните поради смущения и дълбочина на съхранение. По това време осцилоскопът трябва да бъде сменен. Понякога, въпреки че честотната лента на стария симулационен осцилоскоп е само десетки мега, производителността е по-добра от цифровия осцилоскоп.
Инхибиране на пулсациите на мощността на превключване
За превключване пулсации теоретично и реално съществуват. Има три начина да го потиснете или намалите:
1. Увеличете индуктивността и филтрирането на изходния кондензатор
Съгласно формулата на импулсното захранване размерът на текущата флуктуация и стойността на индуктивността на индуктивната индуктивност стават обратно пропорционални, а изходните пулсации и изходните кондензатори са обратно пропорционални. Следователно увеличаването на електрическите и изходните кондензатори може да намали пулсациите.
Картината по-горе е формата на вълната на тока в индуктора L на импулсното захранване. 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 текущите колебания в индуктивността.
По същия 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 изходния капацитет, за да се постигне целта на големия капацитет. Електролитните кондензатори обаче не са много ефективни за потискане на високочестотен шум, а ESR е сравнително голям, така че ще свърже керамичен кондензатор до него, за да компенсира липсата на алуминиеви електролитни кондензатори.
В същото време, когато захранването работи, напрежението VIN на входния терминал е непроменено, но токът се променя с превключвателя. По това време входното захранване не осигурява токов кладенец, обикновено близо до входния терминал за ток (вземайки типа buck като пример, той е близо до превключвателя) и свързва капацитета, за да осигури ток.
След прилагане на тази контрамярка захранването на превключвателя Buck е показано на фигурата по-долу:
Горният подход е ограничен до намаляване на вълните. Поради ограничението на обема, индуктивността няма да бъде много голяма; изходният кондензатор се увеличава до известна степен и няма очевиден ефект върху намаляването на пулсациите; увеличаването на честотата на превключване ще увеличи загубата на превключване. Така че, когато изискванията са строги, този метод не е много добър.
За принципите на импулсното захранване можете да се обърнете към различни видове ръководства за проектиране на импулсно захранване.
2. Двустепенното филтриране е за добавяне на LC филтри от първо ниво
Инхибиторният ефект на LC филтъра върху пулсациите на шума е относително очевиден. В зависимост от честотата на пулсации, която трябва да се премахне, изберете подходящия индуктивен кондензатор, за да образувате веригата на филтъра. Като цяло може да намали добре вълните. В този случай трябва да вземете предвид точката на вземане на проби от напрежението на обратната връзка. (Както е показано по-долу)
Точката на вземане на проби е избрана 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 води 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 напрежението, което желаем. В захранващата система обаче се въвеждат индуктивност и кондензатор, което може да причини нестабилност на системата.
3. След изхода на импулсното захранване свържете LDO филтриране
Това е най-ефективният начин за намаляване на вълните и шума. Изходното напрежение е постоянно и не е необходимо да се променя оригиналната система за обратна връзка, но също така е най-рентабилното и с най-висока консумация на енергия.
Всеки LDO има индикатор: коефициент на потискане на шума. Това е честотна DB крива, както е показано на фигурата по-долу е кривата на LT3024 LT3024.
След LDO пулсациите при превключване обикновено са под 10mV. Следващата фигура е сравнението на вълните преди и след LDO:
В сравнение с кривата на фигурата по-горе и формата на вълната вляво, може да се види, че инхибиторният ефект на LDO е много добър за превключващите пулсации от стотици KHz. Но във високочестотен диапазон ефектът от LDO не е толкова идеален.
Намаляване на вълните. Окабеляването на печатната платка на импулсното захранване също е критично. За високочестотния шум, поради голямата честота на високата честота, въпреки че филтрирането след етапа има известен ефект, ефектът не е очевиден. Има специални изследвания в тази насока. Простият подход е да бъде върху диода и капацитета C или RC или да свържете индуктивността последователно.
Горната фигура е еквивалентна схема на действителния диод. Когато диодът е с висока скорост, трябва да се вземат предвид паразитните параметри. По време на обратното възстановяване на диода, еквивалентната индуктивност и еквивалентният капацитет се превърнаха в RC осцилатор, генерирайки високочестотни трептения. За да се потисне това високочестотно трептене, е необходимо да се свърже капацитет C или RC буферна мрежа в двата края на диода. Съпротивлението обикновено е 10Ω-100 ω, а капацитетът е 4,7PF-2,2NF.
Капацитетът C или RC на диода C или RC може да се определи чрез многократни тестове. Ако не е избрано правилно, ще предизвика по-сериозни колебания.
Време на публикуване: 08 юли 2023 г
