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 високочестотен 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: 8 юли 2023 г