Komutācijas jaudas pulsācija ir neizbēgama. Mūsu galvenais mērķis ir samazināt izejas pulsāciju līdz pieļaujamam līmenim. Visbūtiskākais risinājums šī mērķa sasniegšanai ir novērst pulsāciju rašanos. Pirmkārt un vispirms, lai noteiktu cēloni.
Pārslēdzot SLĒDZI, strāva induktorā L svārstās arī uz augšu un uz leju pie izejas strāvas derīgās vērtības. Tāpēc izejas galā būs arī pulsācija, kuras frekvence ir tāda pati kā slēdža frekvencei. Parasti ribera pulsācija attiecas uz to, kas ir saistīta ar izejas kondensatora kapacitāti un ESR. Šīs pulsācijas frekvence ir tāda pati kā komutācijas barošanas avotam, ar diapazonu no desmitiem līdz simtiem kHz.
Turklāt komutatori parasti izmanto bipolārus tranzistorus vai MOSFET. Neatkarīgi no tā, kurš no tiem ir, ieslēgšanas un izslēgšanas laikā būs pieauguma un krituma laiks. Šajā laikā ķēdē nebūs trokšņa, kas būtu vienāds ar slēdža pieauguma un krituma laiku vai vairākas reizes lielāks, un parasti tas ir desmitiem MHz. Līdzīgi diode D atrodas apgrieztā atkopšanas režīmā. Ekvivalentā ķēde ir pretestības kondensatoru un induktoru virkne, kas rada rezonansi, un trokšņa frekvence ir desmitiem MHz. Šos divus trokšņus parasti sauc par augstfrekvences troksni, un to amplitūda parasti ir daudz lielāka nekā pulsācija.
Ja tas ir maiņstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājs, papildus iepriekšminētajām divām pulsācijām (troksnim) pastāv arī maiņstrāvas troksnis. Frekvence ir ieejas maiņstrāvas barošanas avota frekvence, aptuveni 50–60 Hz. Pastāv arī komutācijas barošanas avotu barošanas ierīce, jo korpuss tiek izmantots kā radiators, kas rada līdzvērtīgu kapacitāti.
Komutācijas jaudas pulsāciju mērīšana
Pamatprasības:
Savienošana ar maiņstrāvas osciloskopu
20 MHz joslas platuma ierobežojums
Atvienojiet zondes zemējuma vadu
1. Maiņstrāvas savienojums ir paredzēts, lai noņemtu superpozīcijas līdzstrāvas spriegumu un iegūtu precīzu viļņu formu.
2. 20 MHz joslas platuma ierobežojuma atvēršana ir paredzēta, lai novērstu augstfrekvences trokšņa traucējumus un kļūdas. Tā kā augstfrekvences kompozīcijas amplitūda ir liela, tā mērīšanas laikā ir jānovērš.
3. Atvienojiet osciloskopa zondes zemējuma skavu un izmantojiet zemējuma mērījumu, lai samazinātu traucējumus. Daudzām nodaļām nav zemējuma gredzenu. Taču ņemiet vērā šo faktoru, izvērtējot, vai tas ir kvalificēts.
Vēl viens aspekts ir 50Ω spailes izmantošana. Saskaņā ar osciloskopa informāciju, 50Ω modulis ir paredzēts līdzstrāvas komponentes noņemšanai un maiņstrāvas komponentes precīzai mērīšanai. Tomēr ir maz osciloskopu ar šādām īpašām zondēm. Vairumā gadījumu tiek izmantotas zondes no 100kΩ līdz 10MΩ, kas pagaidām nav skaidrs.
Iepriekš minētie ir pamata piesardzības pasākumi, mērot komutācijas pulsāciju. Ja osciloskopa zonde nav tieši pakļauta izejas punktam, tā jāmēra ar savītām līnijām vai 50Ω koaksiālajiem kabeļiem.
Mērot augstfrekvences troksni, osciloskopa pilna josla parasti ir simtiem mega GHz līdz GHz līmenī. Citi rādītāji ir tādi paši kā iepriekš minētie. Iespējams, dažādiem uzņēmumiem ir atšķirīgas testēšanas metodes. Galu galā jums ir jāzina testa rezultāti.
Par osciloskopu:
Daži digitālie osciloskopi nevar pareizi izmērīt pulsācijas traucējumu un uzglabāšanas dziļuma dēļ. Šādā gadījumā osciloskops ir jānomaina. Dažreiz, lai gan vecā simulācijas osciloskopa joslas platums ir tikai desmitiem megabaitu, veiktspēja ir labāka nekā digitālajam osciloskopam.
Komutācijas jaudas pulsāciju slāpēšana
Komutācijas pulsācijas teorētiski un faktiski pastāv. Ir trīs veidi, kā tās apspiest vai samazināt:
1. Palieliniet induktivitāti un izejas kondensatora filtrēšanu
Saskaņā ar komutācijas barošanas avota formulu, strāvas svārstību lielums un induktīvās induktivitātes vērtība kļūst apgriezti proporcionālas, un izejas pulsācijas un izejas kondensatori ir apgriezti proporcionāli. Tāpēc elektrisko un izejas kondensatoru palielināšana var samazināt pulsācijas.
Attēlā redzamā komutācijas barošanas avota induktora L strāvas viļņa forma. Tās pulsācijas strāvu △ i var aprēķināt pēc šādas formulas:
Var redzēt, ka, palielinot L vērtību vai palielinot pārslēgšanas frekvenci, var samazināt strāvas svārstības induktivitātē.
Līdzīgi, izejas pulsāciju un izejas kondensatoru attiecība ir: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Var redzēt, ka izejas kondensatora vērtības palielināšana var samazināt pulsāciju.
Lai sasniegtu lielu ietilpību, izejas kapacitātei parasti izmanto alumīnija elektrolītiskos kondensatorus. Tomēr elektrolītiskie kondensatori nav īpaši efektīvi augstfrekvences trokšņu slāpēšanā, un ESR ir salīdzinoši liels, tāpēc, lai kompensētu alumīnija elektrolītisko kondensatoru trūkumu, blakus tiem pievieno keramikas kondensatoru.
Tajā pašā laikā, kad barošanas avots darbojas, ieejas spailes spriegums VIN nemainās, bet strāva mainās līdz ar slēdzi. Šajā laikā ieejas barošanas avots nenodrošina strāvas aku, parasti strāvas ieejas spailes tuvumā (piemēram, sprieguma stabilizatora tipa strāva atrodas netālu no slēdža), un pieslēdz kondensatoru, lai nodrošinātu strāvu.
Pēc šī pretpasākuma piemērošanas Buck slēdža barošanas avots ir parādīts attēlā zemāk:
Iepriekš minētā pieeja aprobežojas ar pulsāciju samazināšanu. Tilpuma ierobežojuma dēļ induktivitāte nebūs ļoti liela; izejas kondensatora jauda palielinās līdz zināmai pakāpei, un nav acīmredzamas ietekmes uz pulsāciju samazināšanu; pārslēgšanas frekvences palielināšana palielinās pārslēgšanas zudumus. Tātad, ja prasības ir stingras, šī metode nav īpaši laba.
Komutācijas barošanas avotu principus var atrast dažādu veidu komutācijas barošanas avotu projektēšanas rokasgrāmatās.
2. Divu līmeņu filtrēšana ir pirmā līmeņa LC filtru pievienošana
LC filtra kavējošā ietekme uz trokšņa pulsāciju ir relatīvi acīmredzama. Atkarībā no noņemamās pulsācijas frekvences izvēlieties atbilstošu induktora kondensatoru, lai izveidotu filtra ķēdi. Parasti tas var labi samazināt pulsāciju. Šajā gadījumā jāņem vērā atgriezeniskās saites sprieguma paraugu ņemšanas punkts. (Kā parādīts zemāk)
Paraugu ņemšanas punkts tiek izvēlēts pirms LC filtra (PA), un izejas spriegums tiks samazināts. Tā kā jebkurai induktivitātei ir līdzstrāvas pretestība, tad, izejot strāvai, induktivitātē notiks sprieguma kritums, kā rezultātā samazināsies barošanas avota izejas spriegums. Un šis sprieguma kritums mainās līdz ar izejas strāvu.
Paraugu ņemšanas punkts tiek izvēlēts pēc LC filtra (PB), lai izejas spriegums būtu vēlamais. Tomēr energosistēmā tiek ieviesta induktivitāte un kondensators, kas var izraisīt sistēmas nestabilitāti.
3. Pēc komutācijas barošanas avota izejas pievienojiet LDO filtrēšanu
Šis ir visefektīvākais veids, kā samazināt pulsāciju un troksni. Izejas spriegums ir nemainīgs un nav jāmaina sākotnējā atgriezeniskās saites sistēma, taču tas ir arī visrentablākais un ar visaugstāko enerģijas patēriņu.
Jebkuram LDO ir indikators: trokšņu slāpēšanas koeficients. Tā ir frekvences-DB līkne, kā parādīts attēlā zemāk, ir LT3024 LT3024 līkne.
Pēc LDO komutācijas pulsācija parasti ir zem 10 mV. Šajā attēlā ir parādīts pulsācijas salīdzinājums pirms un pēc LDO:
Salīdzinot ar iepriekš redzamās līknes un kreisās puses viļņu formas līkni, var redzēt, ka LDO inhibējošā iedarbība ir ļoti laba simtiem kHz komutācijas pulsācijām. Taču augstu frekvenču diapazonā LDO efekts nav tik ideāls.
Samazināt pulsāciju. Komutācijas barošanas avota PCB elektroinstalācija ir kritiski svarīga. Augstas frekvences trokšņa gadījumā, pateicoties augstajai frekvencei, pēcpakāpes filtrēšanai ir zināma ietekme, tā nav acīmredzama. Šajā sakarā ir veikti īpaši pētījumi. Vienkāršākā pieeja ir pieslēgt diodi un kondensatoru C vai RC vai savienot induktivitāti virknē.
Iepriekš redzamais attēls ir faktiskās diodes ekvivalentā shēma. Kad diode darbojas ar lielu ātrumu, jāņem vērā parazītiskie parametri. Diodes reversās atjaunošanas laikā ekvivalentā induktivitāte un ekvivalentā kapacitāte kļūst par RC oscilatoru, radot augstfrekvences svārstības. Lai apslāpētu šīs augstfrekvences svārstības, diodes abos galos jāpievieno kapacitāte C vai RC bufera tīkls. Pretestība parasti ir 10Ω-100 ω, un kapacitāte ir 4,7PF-2,2NF.
Diodes C vai RC kapacitāti C vai RC var noteikt ar atkārtotiem testiem. Ja tā nav pareizi izvēlēta, tā izraisīs spēcīgākas svārstības.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 8. jūlijs
