Perjungimo galios pulsavimas yra neišvengiamas. Mūsų pagrindinis tikslas yra sumažinti išėjimo pulsavimą iki toleruotino lygio. Svarbiausias sprendimas šiam tikslui pasiekti yra išvengti pulsavimo susidarymo. Visų pirma, ir priežastis.
Įjungus JUNGIKLĮ, induktyvumo L srovė taip pat svyruoja aukštyn ir žemyn esant galiojančiai išėjimo srovės vertei. Todėl išėjimo pusėje taip pat atsiras pulsacija, kurios dažnis bus toks pat kaip ir jungiklio. Paprastai tai reiškia riberio pulsaciją, kuri yra susijusi su išėjimo kondensatoriaus talpa ir ESR. Šios pulsacijos dažnis yra toks pat kaip ir impulsinio maitinimo šaltinio, o diapazonas yra nuo dešimčių iki šimtų kHz.
Be to, jungikliuose paprastai naudojami bipoliniai tranzistoriai arba MOSFETai. Nepriklausomai nuo to, kuris iš jų yra, įjungimo ir išjungimo metu bus kilimo ir kritimo laikas. Šiuo metu grandinėje nebus triukšmo, kuris būtų toks pat kaip jungiklio kilimo ir kritimo laikas arba kelis kartus ilgesnis, ir paprastai yra dešimtys MHz. Panašiai diodas D yra atvirkštinio atkūrimo režime. Ekvivalentinė grandinė yra varžinių kondensatorių ir induktorių serija, kuri sukelia rezonansą, o triukšmo dažnis yra dešimtys MHz. Šie du triukšmai paprastai vadinami aukšto dažnio triukšmais, o jų amplitudė paprastai yra daug didesnė už pulsaciją.
Jei tai AC/DC keitiklis, be minėtų dviejų pulsacijų (triukšmo), atsiranda ir AC triukšmas. Dažnis yra įėjimo AC maitinimo šaltinio dažnis, apie 50–60 Hz. Taip pat yra ir komodos triukšmas, nes daugelio perjungimo maitinimo šaltinių maitinimo įtaisas naudoja korpusą kaip radiatorių, kuris sukuria lygiavertę talpą.
Perjungimo galios pulsacijų matavimas
Pagrindiniai reikalavimai:
Sujungimas su AC osciloskopu
20 MHz pralaidumo riba
Atjunkite zondo įžeminimo laidą
1. Kintamosios srovės jungtis skirta pašalinti superpozicinę nuolatinę įtampą ir gauti tikslią bangos formą.
2. 20 MHz pralaidumo ribos atidarymas skirtas užkirsti kelią aukšto dažnio triukšmo trukdžiams ir paklaidai. Kadangi aukšto dažnio kompozicijos amplitudė yra didelė, matuojant ją reikia pašalinti.
3. Atjunkite osciloskopo zondo įžeminimo spaustuką ir naudokite įžeminimo matavimo matavimą, kad sumažintumėte trukdžius. Daugelyje skyrių nėra įžeminimo žiedų. Tačiau spręsdami, ar įrenginys tinkamas naudoti, atsižvelkite į šį veiksnį.
Kitas aspektas – naudoti 50Ω gnybtą. Remiantis osciloskopo informacija, 50Ω modulis skirtas pašalinti nuolatinės srovės komponentę ir tiksliai išmatuoti kintamosios srovės komponentę. Tačiau osciloskopų su tokiais specialiais zondais yra nedaug. Daugeliu atvejų naudojami zondai nuo 100kΩ iki 10MΩ, kas kol kas neaišku.
Aukščiau pateiktos pagrindinės atsargumo priemonės matuojant perjungimo pulsaciją. Jei osciloskopo zondas nėra tiesiogiai veikiamas išėjimo taško, jį reikia matuoti susuktomis linijomis arba 50Ω bendraašiais kabeliais.
Matuojant aukšto dažnio triukšmą, visa osciloskopo juosta paprastai yra nuo šimtų mega GHz iki GHz lygio. Kitų dažnių diapazonas yra toks pat, kaip nurodyta aukščiau. Galbūt skirtingos įmonės taiko skirtingus bandymo metodus. Galiausiai turite žinoti savo bandymo rezultatus.
Apie osciloskopą:
Kai kurie skaitmeniniai osciloskopai negali teisingai išmatuoti pulsacijų dėl trukdžių ir saugojimo gylio. Tokiu atveju osciloskopą reikia pakeisti. Kartais, nors senojo modeliavimo osciloskopo pralaidumas yra tik dešimtys megabaitų, našumas yra geresnis nei skaitmeninio osciloskopo.
Perjungimo galios pulsacijų slopinimas
Perjungimo pulsacijos teoriškai ir realiai egzistuoja. Yra trys būdai, kaip jas nuslopinti arba sumažinti:
1. Padidinkite induktyvumą ir išėjimo kondensatoriaus filtravimą
Pagal perjungimo maitinimo šaltinio formulę, srovės svyravimo dydis ir indukcinio induktyvumo vertė tampa atvirkščiai proporcingi, o išėjimo pulsacija ir išėjimo kondensatoriai yra atvirkščiai proporcingi. Todėl padidinus elektrinius ir išėjimo kondensatorius, galima sumažinti pulsaciją.
Paveikslėlyje aukščiau pavaizduota perjungimo maitinimo šaltinio induktoriaus L srovės bangos forma. Jos pulsacijos srovę △ i galima apskaičiuoti pagal šią formulę:
Matyti, kad padidinus L vertę arba padidinus perjungimo dažnį, galima sumažinti induktyvumo srovės svyravimus.
Panašiai ir išėjimo pulsacijos ir išėjimo kondensatorių santykis: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Matyti, kad padidinus išėjimo kondensatoriaus vertę, pulsaciją galima sumažinti.
Įprastas būdas yra naudoti aliuminio elektrolitinius kondensatorius išėjimo talpai, siekiant didelės talpos. Tačiau elektrolitiniai kondensatoriai nėra labai veiksmingi slopinant aukšto dažnio triukšmą, o ESR yra gana didelis, todėl šalia jų prijungiamas keraminis kondensatorius, kad būtų kompensuotas aliuminio elektrolitinių kondensatorių trūkumas.
Tuo pačiu metu, kai maitinimo šaltinis veikia, įvesties gnybto įtampa VIN nekinta, tačiau srovė keičiasi kartu su jungikliu. Šiuo metu įvesties maitinimo šaltinis neteikia srovės šulinio, paprastai šalia srovės įvesties gnybto (pvz., įtampos mažinimo tipo, jis yra šalia jungiklio), ir prijungia talpą, kad tiektų srovę.
Pritaikius šią atsakomąją priemonę, Buck jungiklio maitinimo šaltinis parodytas paveikslėlyje žemiau:
Šis metodas apsiriboja pulsacijos mažinimu. Dėl tūrio apribojimo induktyvumas nebus labai didelis; išėjimo kondensatorius padidėja iki tam tikro laipsnio, ir nėra akivaizdaus poveikio pulsacijos mažinimui; perjungimo dažnio padidėjimas padidins perjungimo nuostolius. Taigi, kai reikalavimai yra griežti, šis metodas nėra labai geras.
Dėl perjungimo maitinimo šaltinių principų galite kreiptis į įvairių tipų perjungimo maitinimo šaltinių projektavimo vadovus.
2. Dviejų lygių filtravimas – tai pirmojo lygio LC filtrų pridėjimas
LC filtro slopinamasis poveikis triukšmo pulsacijai yra gana akivaizdus. Atsižvelgiant į pašalinamą pulsacijos dažnį, pasirinkite tinkamą induktoriaus kondensatorių filtro grandinei suformuoti. Paprastai jis gali gerai sumažinti pulsaciją. Tokiu atveju reikia atsižvelgti į grįžtamosios įtampos atrankos tašką. (Kaip parodyta žemiau)
Mėginių ėmimo taškas parenkamas prieš LC filtrą (PA), todėl išėjimo įtampa sumažinama. Kadangi bet koks induktyvumas turi nuolatinės srovės varžą, esant išėjimo srovei, induktyvumo įtampa sumažėja, todėl sumažėja maitinimo šaltinio išėjimo įtampa. Šis įtampos kritimas kinta kartu su išėjimo srove.
Diskretizavimo taškas parenkamas po LC filtro (PB), kad išėjimo įtampa būtų norima. Tačiau maitinimo sistemoje yra įvesta induktyvumo dedamoji ir kondensatorius, kurie gali sukelti sistemos nestabilumą.
3. Po perjungimo maitinimo šaltinio išvesties prijunkite LDO filtravimą
Tai efektyviausias būdas sumažinti pulsaciją ir triukšmą. Išėjimo įtampa yra pastovi ir nereikia keisti pradinės grįžtamojo ryšio sistemos, tačiau tai taip pat ekonomiškiausias ir daugiausiai energijos suvartojantis būdas.
Bet kuris LDO turi indikatorių: triukšmo slopinimo koeficientą. Tai dažnio-dB kreivė, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau, yra LT3024 LT3024 kreivė.
Po LDO perjungimo pulsacija paprastai yra mažesnė nei 10 mV. Toliau pateiktame paveikslėlyje palyginama pulsacija prieš ir po LDO:
Palyginti su aukščiau pateikto paveikslėlio kreive ir kairėje esančia bangos forma, matyti, kad LDO slopinamasis poveikis yra labai geras šimtų kHz perjungimo pulsacijoms. Tačiau aukštų dažnių diapazone LDO poveikis nėra toks idealus.
Sumažinkite pulsaciją. Perjungimo maitinimo šaltinio spausdintinės plokštės laidų išdėstymas taip pat yra labai svarbus. Dėl didelio dažnio triukšmo, nors popakopis filtravimas turi tam tikrą poveikį, poveikis nėra akivaizdus. Šiuo klausimu yra atlikti specialūs tyrimai. Paprasčiausias būdas yra prijungti diodą ir talpą C arba RC arba sujungti induktyvumą nuosekliai.
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje pavaizduota tikrojo diodo ekvivalentinė grandinė. Kai diodas yra didelio greičio, reikia atsižvelgti į parazitinius parametrus. Diodo atvirkštinio atkūrimo metu ekvivalentinis induktyvumas ir ekvivalentinė talpa tampa RC osciliatoriumi, generuojančiu aukšto dažnio virpesius. Norint nuslopinti šiuos aukšto dažnio virpesius, būtina prie abiejų diodo galų prijungti talpą C arba RC buferinį tinklą. Varža paprastai yra 10Ω-100 ω, o talpa - 4,7PF-2,2NF.
Diodo C arba RC talpą C arba RC galima nustatyti pakartotiniais bandymais. Jei ji netinkamai parinkta, ji sukels stipresnius virpesius.
Įrašo laikas: 2023 m. liepos 8 d.
