A kapcsolási teljesítmény ingadozása elkerülhetetlen. Végső célunk a kimeneti ingadozás tolerálható szintre csökkentése. A cél elérésének legalapvetőbb megoldása a ingadozás keletkezésének elkerülése. Először is, és az ok.
A KAPCSOLÓ kapcsolójának bekapcsolásakor az L induktivitásban folyó áram szintén felfelé és lefelé ingadozik a kimeneti áram érvényes értékének megfelelően. Ezért a kimeneti oldalon is lesz egy olyan hullámzás, amely megegyezik a kapcsoló frekvenciájával. Általában a riber hullámzása erre utal, ami a kimeneti kondenzátor kapacitásához és az ESR-hez kapcsolódik. Ennek a hullámzásnak a frekvenciája megegyezik a kapcsolóüzemű tápegységével, tíz-száz kHz-es tartományban.
Ezenkívül a kapcsolók általában bipoláris tranzisztorokat vagy MOSFET-eket használnak. Bármelyik is legyen az, bekapcsoláskor és kikapcsolt állapotban is van egy felfutási és lefutási idő. Ekkor az áramkörben nem lesz zaj, amely megegyezik a kapcsoló felfutási idejének növekedési idejével, vagy akár néhányszorosával, és általában több tíz MHz. Hasonlóképpen, a D dióda fordított helyreállításban van. Az ekvivalens áramkör ellenállás-kondenzátorok és induktorok sorozata, ami rezonanciát okoz, és a zajfrekvenciája több tíz MHz. Ezt a két zajt általában nagyfrekvenciás zajnak nevezik, és az amplitúdójuk általában sokkal nagyobb, mint a fodrozódás.
Ha AC/DC átalakítóról van szó, a fenti két fodrozódáson (zajon) kívül AC zaj is fellép. A frekvencia a bemeneti AC tápegység frekvenciája, körülbelül 50-60 Hz. Emellett komódusú zaj is fellép, mivel sok kapcsolóüzemű tápegység tápegysége a héjat radiátorként használja, ami egyenértékű kapacitást termel.
Kapcsolási teljesítmény ingadozásának mérése
Alapvető követelmények:
Csatlakozás AC oszcilloszkóphoz
20 MHz-es sávszélesség-korlát
Húzza ki a szonda földelővezetékét
1. Az AC csatolás célja a szuperpozíciós egyenfeszültség eltávolítása és a pontos hullámforma elérése.
2. A 20 MHz-es sávszélesség-korlát megnyitása a nagyfrekvenciás zaj interferenciájának és a hiba megelőzése érdekében történik. Mivel a nagyfrekvenciás kompozíció amplitúdója nagy, méréskor azt el kell távolítani.
3. Húzza ki az oszcilloszkóp szonda földelőcsipeszét, és használja a földelésmérést az interferencia csökkentése érdekében. Sok részlegen nincsenek földelőgyűrűk. De ezt a tényezőt vegye figyelembe, amikor megítéli, hogy alkalmas-e.
Egy másik szempont az 50Ω-os csatlakozó használata. Az oszcilloszkóp információi szerint az 50Ω-os modul az egyenáramú komponens eltávolítására és a váltakozó áramú komponens pontos mérésére szolgál. Azonban kevés oszcilloszkóp rendelkezik ilyen speciális szondákkal. A legtöbb esetben 100kΩ és 10MΩ közötti szondákat használnak, ami egyelőre nem tisztázott.
A fentiek az alapvető óvintézkedések a kapcsolási hullámosság mérésekor. Ha az oszcilloszkóp mérőfeje nincs közvetlenül a kimeneti pontnak kitéve, akkor sodrott vezetékekkel vagy 50Ω-os koaxiális kábelekkel kell mérni.
Nagyfrekvenciás zaj mérésekor az oszcilloszkóp teljes sávja általában több száz mega-GHz szintű. Más sávok megegyeznek a fentiekkel. Lehetséges, hogy a különböző cégeknek eltérő vizsgálati módszereik vannak. Végső soron ismernie kell a teszteredményeket.
Az oszcilloszkópról:
Néhány digitális oszcilloszkóp nem tudja helyesen mérni a hullámokat az interferencia és a tárolási mélység miatt. Ilyenkor az oszcilloszkópot ki kell cserélni. Előfordulhat, hogy bár a régi szimulációs oszcilloszkóp sávszélessége csak néhány tíz mega, a teljesítménye jobb, mint a digitális oszcilloszkópé.
Kapcsolási teljesítmény ingadozásának gátlása
A kapcsolási hullámok elméletileg és ténylegesen is léteznek. Háromféleképpen lehet elnyomni vagy csökkenteni őket:
1. Növelje az induktivitást és a kimeneti kondenzátor szűrését
A kapcsolóüzemű tápegység képlete szerint az áramingadozás mérete és az induktív induktivitás értéke fordítottan arányossá válik, a kimeneti hullámok és a kimeneti kondenzátorok pedig fordítottan arányosak. Ezért az elektromos és kimeneti kondenzátorok számának növelése csökkentheti a hullámokat.
A fenti kép a kapcsolóüzemű tápegység L induktorának áramhullám-alakja. A pulzációs árama △ i a következő képlettel számítható ki:
Látható, hogy az L értékének növelése vagy a kapcsolási frekvencia növelése csökkentheti az induktivitás áramingadozását.
Hasonlóképpen, a kimeneti ingadozás és a kimeneti kondenzátorok közötti kapcsolat: VHULLÁMOZÁS = IMAX/(CO × F). Látható, hogy a kimeneti kondenzátor értékének növelésével csökkenthető a ingadozás.
A szokásos módszer az alumínium elektrolitkondenzátorok használata a kimeneti kapacitás növelésére. Az elektrolitkondenzátorok azonban nem túl hatékonyak a nagyfrekvenciás zaj elnyomásában, és az ESR viszonylag nagy, ezért egy kerámia kondenzátort kell mellé csatlakoztatni a hiányzó alumínium elektrolitkondenzátorok pótlására.
Ugyanakkor, amikor a tápegység működik, a bemeneti terminál VIN feszültsége változatlan, de az áram a kapcsolóval együtt változik. Ebben az esetben a bemeneti tápegység nem biztosít áramot, általában az árambemeneti terminál közelében van (például a buck típusút a kapcsoló közelében), és a kapacitást csatlakoztatja az áram biztosításához.
Az ellenintézkedés alkalmazása után a Buck kapcsoló tápegysége az alábbi ábrán látható:
A fenti megközelítés a fodrozódás csökkentésére korlátozódik. A térfogatkorlát miatt az induktivitás nem lesz túl nagy; a kimeneti kondenzátor mérete egy bizonyos mértékig megnő, és a fodrozódás csökkentésére nincs egyértelmű hatás; a kapcsolási frekvencia növekedése növeli a kapcsolási veszteséget. Tehát szigorú követelmények esetén ez a módszer nem túl jó.
A kapcsolóüzemű tápegység alapelveivel kapcsolatban különféle kapcsolóüzemű tápegység-tervezési kézikönyvekben találhat információkat.
2. A kétszintű szűrés az elsőszintű LC-szűrők hozzáadását jelenti.
Az LC-szűrő zajfodrozódásra gyakorolt gátló hatása viszonylag nyilvánvaló. A szűrőáramkör kialakításához a kiküszöbölendő fodrozódási frekvenciának megfelelően kell kiválasztani a megfelelő induktorkondenzátort. Általában jól csökkenti a fodrozódást. Ebben az esetben figyelembe kell venni a visszacsatoló feszültség mintavételi pontját. (Amint az alább látható)
A mintavételi pontot az LC-szűrő (PA) előtt választják ki, és a kimeneti feszültség csökken. Mivel minden induktivitásnak van egyenáramú ellenállása, áramkimenet esetén feszültségesés következik be az induktivitásban, ami a tápegység kimeneti feszültségének csökkenését eredményezi. Ez a feszültségesés pedig a kimeneti árammal együtt változik.
A mintavételi pontot az LC szűrő (PB) után választjuk ki, így a kimeneti feszültség a kívánt feszültség. Azonban egy induktivitást és egy kondenzátort vezetünk be az energiarendszerbe, ami a rendszer instabilitását okozhatja.
3. A kapcsolóüzemű tápegység kimenete után csatlakoztassa az LDO szűrőt
Ez a leghatékonyabb módja a fodrozódás és a zaj csökkentésének. A kimeneti feszültség állandó, és nem kell megváltoztatni az eredeti visszacsatolási rendszert, de ez a legköltséghatékonyabb és a legnagyobb energiafogyasztású is.
Minden LDO-nak van egy indikátora: a zajszűrési arány. Ez egy frekvencia-dB görbe, ahogy az alábbi ábrán az LT3024 LT3024 görbéje látható.
LDO után a kapcsolási ingadozás általában 10 mV alatt van. A következő ábra az LDO előtti és utáni ingadozások összehasonlítását mutatja:
A fenti ábra görbéjével és a bal oldali hullámformával összehasonlítva látható, hogy az LDO gátló hatása nagyon jó a több száz kHz-es kapcsolási hullámok esetén. Magas frekvenciatartományon belül azonban az LDO hatása nem ilyen ideális.
Csökkentse a fodrozódást. A kapcsolóüzemű tápegység NYÁK-bekötése is kritikus fontosságú. A nagyfrekvenciás zajok esetén a nagyfrekvenciás nagyfrekvenciás zaj miatt az utófokozatú szűrésnek van bizonyos hatása, de a hatás nem egyértelmű. E tekintetben speciális tanulmányok is készültek. Az egyszerű megközelítés a dióda és a C vagy RC kapacitás összekapcsolása, vagy az induktivitás sorba kötése.
A fenti ábra a tényleges dióda egyenértékű áramköre. Amikor a dióda nagy sebességű, figyelembe kell venni a parazita paramétereket. A dióda fordított felépülése során az ekvivalens induktivitás és az ekvivalens kapacitás RC oszcillátorrá válik, nagyfrekvenciás rezgést generálva. Ennek a nagyfrekvenciás rezgésnek az elnyomása érdekében a dióda mindkét végére C kapacitást vagy RC pufferhálózatot kell csatlakoztatni. Az ellenállás általában 10Ω-100 ω, a kapacitás pedig 4,7PF-2,2NF.
A C vagy RC dióda C vagy RC kapacitása ismételt mérésekkel meghatározható. Ha nem megfelelően van kiválasztva, súlyosabb rezgést okoz.
Közzététel ideje: 2023. július 8.
