La ondulació de la potència de commutació és inevitable.El nostre objectiu final és reduir la ondulació de sortida a un nivell tolerable.La solució més fonamental per aconseguir aquest propòsit és evitar la generació d'ondes.Primer de tot I la causa.
Amb l'interruptor de l'interruptor, el corrent de la inductància L també fluctua cap amunt i cap avall al valor vàlid del corrent de sortida.Per tant, també hi haurà una ondulació amb la mateixa freqüència que Switch a l'extrem de sortida.En general, les ondulacions de la riber es refereixen a això, que està relacionada amb la capacitat del condensador de sortida i l'ESR.La freqüència d'aquesta ondulació és la mateixa que la font d'alimentació de commutació, amb un rang de desenes a centenars de kHz.
A més, Switch generalment utilitza transistors bipolars o MOSFET.No importa quin sigui, hi haurà un temps d'augment i disminució quan estigui encès i mort.En aquest moment, no hi haurà soroll al circuit que sigui el mateix que el temps d'augment que el temps de reducció de l'augment del commutador, o unes quantes 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 i inductors de resistència, que provocarà ressonància i la freqüència del 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'ondulatge.
Si es tracta d'un convertidor AC / DC, a més de les dues ondulacions anteriors (soroll), també hi ha soroll AC.La freqüència és la freqüència de la font d'alimentació de CA d'entrada, uns 50-60 Hz.També hi ha un soroll en mode co, perquè el dispositiu d'alimentació de moltes fonts d'alimentació de commutació utilitza la carcassa com a radiador, que produeix una capacitat equivalent.
Mesura de les ondulacions de potència de commutació
Requisits bàsics:
Acoblament amb un oscil·loscopi AC
Límit d'amplada de banda de 20 MHz
Desconnecteu el cable de terra de la sonda
1. L'acoblament de CA és eliminar la tensió de CC de superposició i obtenir una forma d'ona precisa.
2. Obrir el límit d'ample de banda de 20 MHz és 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 d'eliminar quan es mesura.
3. Desendolleu el clip de terra de la sonda de l'oscil·loscopi i utilitzeu la mesura de 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 50Ω.Segons la informació de l'oscil·loscopi, el mòdul de 50Ω és eliminar el component DC i mesurar amb precisió el component AC.Tanmateix, hi ha pocs oscil·loscopis amb sondes tan especials.En la majoria dels casos, s'utilitza l'ús de sondes de 100 kΩ a 10 MΩ, cosa que temporalment no està clara.
L'anterior són les precaucions bàsiques a l'hora de mesurar la ondulació de commutació.Si la sonda de l'oscil·loscopi no està exposada directament al punt de sortida, s'ha de mesurar amb línies retorçades o cables coaxials de 50Ω.
Quan es mesura el soroll d'alta freqüència, la banda completa de l'oscil·loscopi és generalment de centenars de mega a GHz.Altres són els mateixos que els anteriors.Potser diferents empreses tenen mètodes de prova diferents.En l'anàlisi final, heu de conèixer els resultats de la vostra prova.
Sobre l'oscil·loscopi:
Alguns oscil·loscopis digitals no poden mesurar les ondulacions correctament a causa de la interferència i la profunditat d'emmagatzematge.En aquest moment, l'oscil·loscopi s'ha de substituir.De vegades, tot i que l'antic ample de banda de l'oscil·loscopi de simulació només és de desenes de mega, el rendiment és millor que l'oscil·loscopi digital.
Inhibició de les ondulacions de potència de commutació
Per canviar ondulacions, existeixen teòricament i realment.Hi ha tres maneres de suprimir-lo o reduir-lo:
1. Augmenta la inductància i el filtrat del condensador de sortida
Segons la fórmula de la font d'alimentació de commutació, la mida de la fluctuació actual i el valor d'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 de dalt és la forma d'ona de corrent a l'inductor L de la font d'alimentació de commutació. El seu corrent ondulat △ i es pot calcular a partir de la fórmula següent:
Es pot veure que augmentar el valor L o augmentar la freqüència de commutació pot reduir les fluctuacions actuals de 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 la ondulació.
El mètode habitual és utilitzar condensadors electrolítics d'alumini per a la capacitat de sortida per aconseguir el propòsit de gran capacitat.Tanmateix, els condensadors electrolítics no són gaire efectius per suprimir el soroll d'alta freqüència i l'ESR és relativament gran, de manera que connectarà un condensador ceràmic al seu costat per compensar la manca de condensadors electrolítics d'alumini.
Al mateix temps, quan la font d'alimentació funciona, la tensió 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, generalment a prop del terminal d'entrada actual (prenent com a exemple el tipus buck, està a prop de l'interruptor) i connecta la capacitat per proporcionar corrent.
Després d'aplicar aquesta contramesura, la font d'alimentació de l'interruptor Buck es mostra a la figura següent:
L'enfocament anterior es limita a reduir les ondulacions.A causa del límit de volum, la inductància no serà molt gran;el condensador de sortida augmenta fins a un cert grau 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.Així, quan els requisits són estrictes, aquest mètode no és gaire bo.
Per conèixer els principis de l'alimentació de commutació, podeu consultar diversos tipus de manuals de disseny d'alimentació de commutació.
2. El filtratge de dos nivells és afegir filtres LC de primer nivell
L'efecte inhibidor del filtre LC sobre la ondulació del soroll és relativament evident.D'acord amb la freqüència de ondulació que s'ha d'eliminar, seleccioneu el condensador inductor adequat per formar el circuit de filtre.En general, 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 es reduirà la tensió de sortida.Com que qualsevol inductància té una resistència de corrent continu, quan hi ha una sortida de corrent, hi haurà una caiguda de tensió en la inductància, el que resultarà en 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.No obstant això, una inductància i un condensador s'introdueixen dins del sistema d'alimentació, cosa que pot provocar 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 necessita canviar el sistema de retroalimentació original, però també és el més rendible i el més gran consum d'energia.
Qualsevol LDO té un indicador: relació de supressió de soroll.És una corba de freqüència-DB, com es mostra a la figura següent és la corba de LT3024 LT3024.
Després de LDO, la ondulació de commutació és generalment per sota dels 10 mV.La figura següent és la comparació de les ondulacions abans i després de LDO:
En comparació amb la corba de la figura anterior i la forma d'ona de l'esquerra, es pot veure que l'efecte inhibidor de LDO és molt bo per a les ondulacions de commutació de centenars de KHz.Però dins d'un rang d'alta freqüència, l'efecte de la LDO no és tan ideal.
Reduir les ondulacions.El cablejat de PCB de la font d'alimentació de commutació també és crític.Per al soroll d'alta freqüència, a causa de la gran freqüència d'alta freqüència, tot i que el filtrat posterior a l'etapa té un cert efecte, l'efecte no és obvi.Hi ha estudis especials en aquest sentit.L'enfocament senzill és estar al díode i la capacitat C o RC, o connectar la inductància en sèrie.
La figura anterior és un circuit equivalent del díode real.Quan el díode és d'alta velocitat, s'han de tenir en compte els paràmetres paràsits.Durant la recuperació inversa del díode, la inductància i la capacitat equivalents es van convertir en un oscil·lador RC, generant una oscil·lació d'alta freqüència.Per suprimir aquesta oscil·lació d'alta freqüència, cal connectar la xarxa de memòria intermèdia de capacitat C o RC als dos extrems del díode.La resistència és generalment de 10Ω-100 ω i la capacitat és de 4,7PF-2,2NF.
La capacitat 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.
Hora de publicació: 08-jul-2023