L'ondulació de la potència de commutació és inevitable. El nostre objectiu final és reduir l'ondulació de sortida a un nivell tolerable. La solució més fonamental per aconseguir aquest propòsit és evitar la generació d'ondulacions. En primer lloc, i la causa.
Amb l'interruptor de l'INTERRUPTOR, el corrent a la inductància L també fluctua amunt i avall al valor vàlid del corrent de sortida. Per tant, també hi haurà una ondulació de la mateixa freqüència que l'interruptor a l'extrem de sortida. Generalment, les ondulacions de la ondulació es refereixen a això, que està relacionat amb la capacitat del condensador de sortida i l'ESR. La freqüència d'aquesta ondulació és la mateixa que la de la font d'alimentació commutada, amb un rang de desenes a centenars de kHz.
A més, els commutadors generalment utilitzen transistors bipolars o MOSFET. Independentment de quins siguin, hi haurà un temps de pujada i baixada quan estiguin encès i morts. En aquest moment, no hi haurà soroll al circuit que sigui el mateix que el temps d'augment que el temps de pujada i baixada del commutador, o unes poques vegades, i generalment és de desenes de MHz. De la mateixa manera, el díode D està en recuperació inversa. El circuit equivalent és la sèrie de condensadors de resistència i inductors, que causaran ressonància, i la freqüència de soroll és de desenes de MHz. Aquests dos sorolls s'anomenen generalment soroll d'alta freqüència, i l'amplitud sol ser molt més gran que l'ondulació.
Si es tracta d'un convertidor de CA/CC, a més de les dues ondulacions (soroll) anteriors, també hi ha soroll de CA. La freqüència és la freqüència de la font d'alimentació de CA d'entrada, uns 50-60 Hz. També hi ha un soroll de com-mode, perquè el dispositiu d'alimentació de moltes fonts d'alimentació commutades utilitza la carcassa com a radiador, que produeix una capacitança equivalent.
Mesura d'ondulacions de potència de commutació
Requisits bàsics:
Acoblament amb un oscil·loscopi de corrent altern
Límit d'amplada de banda de 20 MHz
Desconnecteu el cable de terra de la sonda
1. L'acoblament de CA serveix per eliminar la tensió de CC de superposició i obtenir una forma d'ona precisa.
2. Obrir el límit d'amplada de banda de 20 MHz és per evitar la interferència del soroll d'alta freqüència i evitar l'error. Com que l'amplitud de la composició d'alta freqüència és gran, s'ha de treure quan es mesura.
3. Desconnecteu la pinça de terra de la sonda de l'oscil·loscopi i utilitzeu la mesura de terra per reduir les interferències. Molts departaments no tenen anells de terra. Però tingueu en compte aquest factor a l'hora de jutjar si està qualificat.
Un altre punt és utilitzar un terminal de 50 Ω. Segons la informació de l'oscil·loscopi, el mòdul de 50 Ω serveix per eliminar el component de CC i mesurar amb precisió el component de CA. Tanmateix, hi ha pocs oscil·loscopis amb sondes tan especials. En la majoria dels casos, s'utilitzen sondes de 100 kΩ a 10 MΩ, cosa que no està clara temporalment.
Les precaucions bàsiques anteriors a l'hora de mesurar l'ondulació de commutació són les següents. Si la sonda de l'oscil·loscopi no està exposada directament al punt de sortida, s'ha de mesurar mitjançant línies trenades o cables coaxials de 50 Ω.
Quan es mesura soroll d'alta freqüència, la banda completa de l'oscil·loscopi és generalment de centenars de mega a GHz. Altres són iguals que els anteriors. Potser diferents empreses tenen diferents mètodes de prova. En última instància, heu de conèixer els resultats de les proves.
Sobre l'oscil·loscopi:
Alguns oscil·loscopis digitals no poden mesurar correctament les ondulacions a causa de la interferència i la profunditat d'emmagatzematge. En aquest moment, cal substituir l'oscil·loscopi. De vegades, tot i que l'amplada de banda de l'antic oscil·loscopi de simulació només és de desenes de megas, el rendiment és millor que el de l'oscil·loscopi digital.
Inhibició de les ondulacions de potència de commutació
Per a les ondulacions de commutació, teòricament i realment existeixen. Hi ha tres maneres de suprimir-les o reduir-les:
1. Augmenteu la inductància i el filtratge del condensador de sortida
Segons la fórmula de la font d'alimentació commutada, la mida de la fluctuació del corrent i el valor de la inductància de la inductància inductiva esdevenen inversament proporcionals, i les ondulacions de sortida i els condensadors de sortida són inversament proporcionals. Per tant, augmentar els condensadors elèctrics i de sortida pot reduir les ondulacions.
La imatge superior mostra la forma d'ona del corrent a l'inductor L de la font d'alimentació commutada. El seu corrent d'ondulació △ i es pot calcular amb la fórmula següent:
Es pot veure que augmentar el valor de L o augmentar la freqüència de commutació pot reduir les fluctuacions de corrent a la inductància.
De la mateixa manera, la relació entre les ondulacions de sortida i els condensadors de sortida: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Es pot veure que augmentar el valor del condensador de sortida pot reduir l'ondulació.
El mètode habitual és utilitzar condensadors electrolítics d'alumini per a la condensació de sortida per aconseguir l'objectiu d'una gran capacitat. Tanmateix, els condensadors electrolítics no són gaire eficaços per suprimir el soroll d'alta freqüència i l'ESR és relativament gran, per la qual cosa es connectarà un condensador ceràmic al costat per compensar la manca de condensadors electrolítics d'alumini.
Al mateix temps, quan la font d'alimentació funciona, el voltatge VIN del terminal d'entrada no canvia, però el corrent canvia amb l'interruptor. En aquest moment, la font d'alimentació d'entrada no proporciona un pou de corrent, normalment a prop del terminal d'entrada de corrent (prenent el tipus buck com a exemple, és a prop de l'interruptor), i connecta la condensadora per proporcionar corrent.
Després d'aplicar aquesta contramesura, la font d'alimentació del commutador Buck es mostra a la figura següent:
L'enfocament anterior es limita a la reducció de les ondulacions. A causa del límit de volum, la inductància no serà gaire gran; el condensador de sortida augmenta fins a un cert punt i no hi ha cap efecte evident sobre la reducció de les ondulacions; l'augment de la freqüència de commutació augmentarà la pèrdua de commutació. Per tant, quan els requisits són estrictes, aquest mètode no és gaire bo.
Per conèixer els principis de la font d'alimentació commutada, podeu consultar diversos manuals de disseny de fonts d'alimentació commutades.
2. El filtratge de dos nivells consisteix a afegir filtres LC de primer nivell
L'efecte inhibidor del filtre LC sobre l'ondulació del soroll és relativament evident. Segons la freqüència d'ondulació que es vulgui eliminar, seleccioneu el condensador inductor adequat per formar el circuit de filtre. Generalment, pot reduir bé les ondulacions. En aquest cas, cal tenir en compte el punt de mostreig de la tensió de retroalimentació. (Com es mostra a continuació)
El punt de mostreig es selecciona abans del filtre LC (PA) i la tensió de sortida es reduirà. Com que qualsevol inductància té una resistència de CC, quan hi ha una sortida de corrent, hi haurà una caiguda de tensió a la inductància, cosa que provocarà una disminució de la tensió de sortida de la font d'alimentació. I aquesta caiguda de tensió canvia amb el corrent de sortida.
El punt de mostreig es selecciona després del filtre LC (PB), de manera que la tensió de sortida sigui la tensió que volem. Tanmateix, s'introdueix una inductància i un condensador dins del sistema d'alimentació, cosa que pot causar inestabilitat del sistema.
3. Després de la sortida de la font d'alimentació de commutació, connecteu el filtratge LDO
Aquesta és la manera més eficaç de reduir les ondulacions i el soroll. La tensió de sortida és constant i no cal canviar el sistema de retroalimentació original, però també és la més rendible i la que consumeix més energia.
Qualsevol LDO té un indicador: la relació de supressió de soroll. És una corba de freqüència-DB, com es mostra a la figura següent, la corba de l'LT3024 LT3024.
Després de LDO, l'ondulació de commutació és generalment inferior a 10 mV. La figura següent mostra la comparació de les ondulacions abans i després de LDO:
Comparat amb la corba de la figura superior i la forma d'ona de l'esquerra, es pot veure que l'efecte inhibidor de l'LDO és molt bo per a ondulacions de commutació de centenars de KHz. Però dins d'un rang d'alta freqüència, l'efecte de l'LDO no és tan ideal.
Reduir les ondulacions. El cablejat de la placa de circuit imprès de la font d'alimentació commutada també és crític. Per al soroll d'alta freqüència, a causa de l'alta freqüència d'alta freqüència, tot i que el filtratge posterior a la fase té un cert efecte, l'efecte no és evident. Hi ha estudis especials en aquest sentit. L'enfocament senzill és connectar el díode i la condensadora C o RC, o connectar la inductància en sèrie.
La figura anterior és un circuit equivalent del díode real. Quan el díode funciona d'alta velocitat, s'han de tenir en compte els paràmetres paràsits. Durant la recuperació inversa del díode, la inductància equivalent i la capacitància equivalent es converteixen en un oscil·lador RC, generant una oscil·lació d'alta freqüència. Per suprimir aquesta oscil·lació d'alta freqüència, cal connectar la capacitància C o la xarxa de memòria intermèdia RC als dos extrems del díode. La resistència és generalment de 10Ω-100 ω, i la capacitància és de 4,7PF-2,2NF.
La capacitància C o RC del díode C o RC es pot determinar mitjançant proves repetides. Si no es selecciona correctament, provocarà una oscil·lació més severa.
Data de publicació: 08 de juliol de 2023
