A kapcsolási teljesítmény hullámzása elkerülhetetlen. Végső célunk a kimeneti hullámzás tolerálható szintre csökkentése. E cél eléréséhez a legalapvetőbb megoldás a hullámzás elkerülése. Először is és az okot.
A KAPCSOLÓ kapcsolójával az L induktivitás árama is fel-le ingadozik a kimeneti áram érvényes értékén. Ezért olyan hullámzás is lesz, amely megegyezik a Switch frekvenciájával a kimeneti oldalon. Általában erre utalnak a riber hullámai, ami a kimeneti kondenzátor és az ESR kapacitásával kapcsolatos. Ennek a hullámosságnak a frekvenciája megegyezik a kapcsolóüzemű tápegységével, hatótávolsága több tíz és több száz kHz között van.
Ezenkívül a Switch általában bipoláris tranzisztorokat vagy MOSFET-eket használ. Nem számít, melyik az, felfutási és csökkenési idő következik be, amikor be van kapcsolva és halott. Ekkor az áramkörben nem lesz olyan zaj, amely megegyezik a növekedési idővel, mint a kapcsoló emelkedésének csökkenési ideje, vagy néhányszor, és általában több tíz MHz. Hasonlóképpen, a D dióda fordított helyreállításban van. Az egyenértékű áramkör az ellenállás-kondenzátorok és induktorok sorozata, amelyek rezonanciát okoznak, és a zaj frekvenciája több tíz MHz. Ezt a két zajt általában nagyfrekvenciás zajnak nevezik, és az amplitúdó általában sokkal nagyobb, mint a hullámosság.
Ha AC/DC konverterről van szó, akkor a fenti két hullámzáson (zaj) kívül AC zaj is van. A frekvencia a bemeneti váltóáramú tápegység frekvenciája, körülbelül 50-60 Hz. Ko-mode zaj is van, mert sok kapcsolóüzemű tápegység tápegysége radiátorként használja a héjat, ami egyenértékű kapacitást produkál.
A kapcsolási teljesítmény hullámzásainak mérése
Alapkövetelmények:
Csatolás oszcilloszkóppal AC
20 MHz sávszélesség korlát
Húzza ki a szonda földelő vezetékét
1. Az AC csatolás célja a szuperpozíciós egyenfeszültség eltávolítása és a pontos hullámforma elérése.
2. A 20 MHz-es sávszélesség határának megnyitása a nagyfrekvenciás zajok interferenciájának és a hiba megelőzése érdekében történik. Mivel a nagyfrekvenciás kompozíció amplitúdója nagy, méréskor el kell távolítani.
3. Húzza ki az oszcilloszkóp szonda földelőkapcsát, és használja a földmérési mérést az interferencia csökkentése érdekében. Sok részlegnek nincs földelőgyűrűje. De vegye figyelembe ezt a tényezőt, amikor annak megítélésekor, hogy megfelelő-e.
Egy másik szempont az 50Ω-os terminál használata. Az oszcilloszkóp információi szerint az 50Ω-os modul a DC komponens eltávolítására és az AC komponens pontos mérésére szolgál. Azonban kevés ilyen speciális szondával rendelkező oszcilloszkóp létezik. A legtöbb esetben 100kΩ-tól 10MΩ-ig terjedő szondákat használnak, ami átmenetileg nem egyértelmű.
A fentiek az alapvető óvintézkedések a kapcsolási hullámosság mérésénél. Ha az oszcilloszkóp szonda nincs közvetlenül kitéve a kimeneti pontnak, akkor csavart vonalakkal vagy 50Ω-os koaxiális kábelekkel kell mérni.
A nagyfrekvenciás zaj mérésekor az oszcilloszkóp teljes sávja általában több száz mega és GHz közötti szint. A többi ugyanaz, mint a fenti. Lehet, hogy a különböző cégek eltérő vizsgálati módszerekkel rendelkeznek. A végső elemzésben ismernie kell a vizsgálati eredményeket.
Az oszcilloszkópról:
Egyes digitális oszcilloszkópok nem tudják megfelelően mérni a hullámzást az interferencia és a tárolási mélység miatt. Ekkor az oszcilloszkópot ki kell cserélni. Néha bár a régi szimulációs oszcilloszkóp sávszélessége csak több tíz mega, a teljesítmény jobb, mint a digitális oszcilloszkópé.
A kapcsolási teljesítmény hullámzásának gátlása
A kapcsolási hullámok elméletileg és ténylegesen léteznek. Háromféleképpen lehet elnyomni vagy csökkenteni:
1. Növelje az induktivitás és a kimeneti kondenzátor szűrését
A kapcsolóüzemű tápegység képlete szerint az induktív induktivitás áramingadozási nagysága és induktivitásának értéke fordítottan arányossá válik, a kimeneti hullámzások és a kimeneti kondenzátorok pedig fordítottan arányosak. Ezért az elektromos és kimeneti kondenzátorok növelése csökkentheti a hullámzást.
A fenti képen az áram hullámalakja látható az L kapcsolóüzemű induktorban. Ennek △ i hullámossága a következő képletből számítható ki:
Látható, hogy az L érték növelése vagy a kapcsolási frekvencia növelése csökkentheti az induktivitás áramingadozásait.
Hasonlóképpen a kimeneti hullámosságok és a kimeneti kondenzátorok közötti kapcsolat: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Látható, hogy a kimeneti kondenzátor értékének növelése csökkentheti a hullámzást.
A szokásos módszer az alumínium elektrolit kondenzátorok használata a kimeneti kapacitáshoz a nagy kapacitás céljának elérése érdekében. Az elektrolitkondenzátorok azonban nem túl hatékonyak a nagyfrekvenciás zajok elnyomásában, és az ESR viszonylag nagy, ezért kerámia kondenzátort csatlakoztat mellé, hogy pótolja az alumínium elektrolit kondenzátorok hiányát.
Ugyanakkor, amikor a tápegység működik, a bemeneti kapocs VIN feszültsége változatlan, de az áram a kapcsolóval változik. Jelenleg a bemeneti tápegység nem ad jól áramot, általában az árambemeneti terminál közelében (például a buck típusnál a Switch közelében van), és összeköti a kapacitást, hogy áramot biztosítson.
Az ellenintézkedés alkalmazása után a Buck kapcsoló tápegysége az alábbi ábrán látható:
A fenti megközelítés a hullámzás csökkentésére korlátozódik. A hangerőkorlát miatt az induktivitás nem lesz túl nagy; a kimeneti kondenzátor bizonyos mértékig megnövekszik, és nincs nyilvánvaló hatása a hullámzás csökkentésére; a kapcsolási frekvencia növelése növeli a kapcsolási veszteséget. Tehát ha szigorúak a követelmények, ez a módszer nem túl jó.
A kapcsolóüzemű tápellátás alapelveit a különféle típusú kapcsolóteljesítmény-tervezési kézikönyvekben találja.
2. A kétszintű szűrés az első szintű LC szűrők hozzáadását jelenti
Az LC szűrő gátló hatása a zaj hullámosságára viszonylag nyilvánvaló. Az eltávolítandó hullámfrekvenciának megfelelően válassza ki a megfelelő induktor kondenzátort a szűrőáramkör kialakításához. Általában jól tudja csökkenteni a hullámzást. Ebben az esetben figyelembe kell venni a visszacsatoló feszültség mintavételi pontját. (Az alábbiak szerint)
A mintavételi pontot az LC-szűrő (PA) előtt választják ki, és a kimeneti feszültség csökken. Mivel minden induktivitásnak van egyenáramú ellenállása, áramkimenet esetén az induktivitás feszültségesése következik be, ami a tápegység kimeneti feszültségének csökkenését eredményezi. És ez a feszültségesés a kimeneti árammal együtt változik.
A mintavételi pontot az LC szűrő (PB) után választjuk ki, hogy a kimeneti feszültség az általunk kívánt feszültség legyen. Az áramellátó rendszerbe azonban egy induktivitás és egy kondenzátor kerül, ami a rendszer instabilitását okozhatja.
3. A kapcsolóüzemű tápegység kimenete után csatlakoztassa az LDO szűrést
Ez a leghatékonyabb módja a hullámzás és a zaj csökkentésének. A kimeneti feszültség állandó, és nem kell megváltoztatni az eredeti visszacsatoló rendszert, de ez a legköltséghatékonyabb és a legmagasabb fogyasztás.
Minden LDO-nak van egy mutatója: zajelnyomási arány. Ez egy frekvencia-DB görbe, ahogy az alábbi ábrán az LT3024 LT3024 görbéje látható.
Az LDO után a kapcsolási hullámosság általában 10 mV alatt van. A következő ábra az LDO előtti és utáni hullámzások összehasonlítása:
A fenti ábra görbéjével és a bal oldali hullámformával összehasonlítva látható, hogy az LDO gátló hatása nagyon jó a több száz KHz-es kapcsolási hullámzásnál. De egy magas frekvencia tartományon belül az LDO hatása nem olyan ideális.
Csökkentse a hullámzást. A kapcsolóüzemű tápegység PCB-kábelezése szintén kritikus. A nagyfrekvenciás zajok esetében a nagy frekvencia nagy frekvenciája miatt, bár a szakasz utáni szűrésnek van bizonyos hatása, a hatás nem nyilvánvaló. Vannak speciális tanulmányok ezzel kapcsolatban. Az egyszerű megközelítés a diódán és a C vagy RC kapacitáson, vagy az induktivitás sorba kapcsolása.
A fenti ábra a tényleges dióda egyenértékű áramköre. Ha a dióda nagy sebességű, akkor figyelembe kell venni a parazita paramétereket. A dióda fordított helyreállítása során az ekvivalens induktivitás és az egyenértékű kapacitás RC oszcillátor lett, amely nagyfrekvenciás oszcillációt generál. Ennek a nagyfrekvenciás rezgésnek az elnyomására a dióda mindkét végén C vagy RC kapacitású pufferhálózatot kell csatlakoztatni. Az ellenállás általában 10Ω-100 ω, a kapacitás pedig 4,7PF-2,2NF.
A C vagy RC diódán lévő C vagy RC kapacitás ismételt vizsgálatokkal meghatározható. Ha nem megfelelően van kiválasztva, az erősebb oszcillációt okoz.
Feladás időpontja: 2023-08-08
