A ondulación da potencia de conmutación é inevitable. O noso obxectivo final é reducir a ondulación de saída a un nivel tolerable. A solución máis fundamental para acadar este propósito é evitar a xeración de ondulacións. En primeiro lugar, e a causa.
Co interruptor do INTERRUPTOR, a corrente na inductancia L tamén flutúa cara arriba e cara abaixo no valor válido da corrente de saída. Polo tanto, tamén haberá unha ondulación coa mesma frecuencia que o interruptor no extremo de saída. Xeralmente, as ondulacións da ondulación refírense a isto, que está relacionado coa capacidade do condensador de saída e a ESR. A frecuencia desta ondulación é a mesma que a da fonte de alimentación conmutada, cun rango de decenas a centos de kHz.
Ademais, os interruptores adoitan empregar transistores bipolares ou MOSFET. Independentemente de cal sexa o interruptor, haberá un tempo de subida e un decrecemento cando estea acendido e apagado. Neste momento, non haberá ruído no circuíto que sexa o mesmo que o tempo de subida e decrecemento do interruptor, ou unhas poucas veces, e xeralmente é de decenas de MHz. Do mesmo xeito, o díodo D está en recuperación inversa. O circuíto equivalente é unha serie de condensadores de resistencia e indutores, que causan resonancia, e a frecuencia de ruído é de decenas de MHz. Estes dous ruídos xeralmente chámanse ruído de alta frecuencia, e a amplitude adoita ser moito maior que a ondulación.
Se se trata dun conversor CA/CC, ademais das dúas ondulacións (ruído) anteriores, tamén hai ruído de CA. A frecuencia é a frecuencia da fonte de alimentación de CA de entrada, uns 50-60 Hz. Tamén hai un ruído en modo común, porque o dispositivo de alimentación de moitas fontes de alimentación conmutadas usa a carcasa como radiador, o que produce unha capacitancia equivalente.
Medición de ondulacións de potencia de conmutación
Requisitos básicos:
Acoplamento cun osciloscopio AC
Límite de ancho de banda de 20 MHz
Desconecte o cable de terra da sonda
1. O acoplamento de CA serve para eliminar a tensión de CC de superposición e obter unha forma de onda precisa.
2. A apertura do límite de ancho de banda de 20 MHz serve para evitar a interferencia do ruído de alta frecuencia e evitar erros. Debido a que a amplitude da composición de alta frecuencia é grande, débese eliminar ao medir.
3. Desconecte a pinza de terra da sonda do osciloscopio e use a medición de terra para reducir as interferencias. Moitos departamentos non teñen aneis de terra. Pero teña en conta este factor á hora de xulgar se está cualificado.
Outro punto é usar un terminal de 50 Ω. Segundo a información do osciloscopio, o módulo de 50 Ω serve para eliminar o compoñente de CC e medir con precisión o compoñente de CA. Non obstante, hai poucos osciloscopios con sondas tan especiais. Na maioría dos casos, utilízanse sondas de 100 kΩ a 10 MΩ, o que non está claro temporalmente.
As precaucións anteriores son básicas ao medir a ondulación de conmutación. Se a sonda do osciloscopio non está exposta directamente ao punto de saída, debe medirse con liñas trenzadas ou cables coaxiais de 50 Ω.
Ao medir ruído de alta frecuencia, a banda completa do osciloscopio adoita ser de centos de mega a GHz. Outros son iguais aos anteriores. Quizais diferentes empresas teñan diferentes métodos de proba. En última instancia, debes coñecer os resultados das túas probas.
Sobre o osciloscopio:
Algúns osciloscopios dixitais non poden medir as ondulacións correctamente debido á interferencia e á profundidade de almacenamento. Neste momento, o osciloscopio debería ser substituído. Ás veces, aínda que o ancho de banda do antigo osciloscopio de simulación é só de decenas de megas, o rendemento é mellor que o do osciloscopio dixital.
Inhibición das ondulacións de potencia de conmutación
Para as ondulacións de conmutación, existen teoricamente e realmente. Hai tres xeitos de suprimilas ou reducilas:
1. Aumentar a inductancia e o filtrado do condensador de saída
Segundo a fórmula da fonte de alimentación conmutada, o tamaño da flutuación da corrente e o valor da inductancia da inductancia indutiva vólvense inversamente proporcionais, e as ondulacións de saída e os condensadores de saída son inversamente proporcionais. Polo tanto, o aumento dos condensadores eléctricos e de saída pode reducir as ondulacións.
A imaxe superior é a forma de onda da corrente no indutor L da fonte de alimentación conmutada. A súa corrente de ondulación △ i pódese calcular coa seguinte fórmula:
Pódese observar que aumentar o valor de L ou aumentar a frecuencia de conmutación pode reducir as flutuacións de corrente na inductancia.
Do mesmo xeito, a relación entre as ondulacións de saída e os condensadores de saída é: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Pódese observar que o aumento do valor do condensador de saída pode reducir a ondulación.
O método habitual é usar condensadores electrolíticos de aluminio para a capacitancia de saída e conseguir o propósito dunha gran capacidade. Non obstante, os condensadores electrolíticos non son moi eficaces á hora de suprimir o ruído de alta frecuencia e a ESR é relativamente grande, polo que se conectará un condensador cerámico ao seu carón para compensar a falta de condensadores electrolíticos de aluminio.
Ao mesmo tempo, cando a fonte de alimentación funciona, a tensión VIN do terminal de entrada non cambia, pero a corrente cambia co interruptor. Neste momento, a fonte de alimentación de entrada non proporciona corrente, normalmente preto do terminal de entrada de corrente (tomando como exemplo o tipo buck, está preto do interruptor) e conecta a capacitancia para proporcionar corrente.
Despois de aplicar esta contramedida, a fonte de alimentación do interruptor Buck móstrase na figura seguinte:
O enfoque anterior limítase á redución das ondulacións. Debido ao límite de volume, a inductancia non será moi grande; o condensador de saída aumenta ata certo punto e non hai un efecto obvio na redución das ondulacións; o aumento da frecuencia de conmutación aumentará a perda de conmutación. Polo tanto, cando os requisitos son estritos, este método non é moi bo.
Para coñecer os principios da fonte de alimentación conmutada, podes consultar varios tipos de manuais de deseño de fontes de alimentación conmutadas.
2. O filtrado de dous niveis consiste en engadir filtros LC de primeiro nivel
O efecto inhibitorio do filtro LC sobre a ondulación do ruído é relativamente obvio. Dependendo da frecuencia de ondulación que se queira eliminar, seleccione o condensador indutor axeitado para formar o circuíto de filtro. En xeral, pode reducir ben as ondulacións. Neste caso, cómpre ter en conta o punto de mostraxe da tensión de retroalimentación. (Como se mostra a continuación)
O punto de mostraxe selecciónase antes do filtro LC (PA) e a tensión de saída reducirase. Dado que calquera inductancia ten unha resistencia de CC, cando hai unha saída de corrente, haberá unha caída de tensión na inductancia, o que resultará nunha diminución da tensión de saída da fonte de alimentación. E esta caída de tensión cambia coa corrente de saída.
O punto de mostraxe selecciónase despois do filtro LC (PB), de xeito que a tensión de saída sexa a tensión que desexamos. Non obstante, introdúcense unha inductancia e un condensador dentro do sistema de alimentación, o que pode causar inestabilidade do sistema.
3. Despois da saída da fonte de alimentación conmutada, conecte o filtrado LDO
Esta é a forma máis eficaz de reducir as ondulacións e o ruído. A tensión de saída é constante e non precisa cambiar o sistema de retroalimentación orixinal, pero tamén é a máis rendible e a que consume máis enerxía.
Calquera LDO ten un indicador: a relación de supresión de ruído. É unha curva de frecuencia-DB, como se mostra na figura seguinte, a curva do LT3024.
Despois do LDO, a ondulación de conmutación adoita ser inferior a 10 mV. A seguinte figura mostra unha comparación das ondulacións antes e despois do LDO:
Comparado coa curva da figura superior e a forma de onda da esquerda, pódese observar que o efecto inhibitorio do LDO é moi bo para ondulacións de conmutación de centos de kHz. Pero dentro dun rango de alta frecuencia, o efecto do LDO non é tan ideal.
Reducir as ondulacións. A fiação da placa de circuíto impreso da fonte de alimentación conmutada tamén é fundamental. Para o ruído de alta frecuencia, debido á gran frecuencia de alta frecuencia, aínda que o filtrado posterior á etapa ten un certo efecto, o efecto non é obvio. Hai estudos especiais neste sentido. O enfoque sinxelo é estar no díodo e na capacitancia C ou RC, ou conectar a inductancia en serie.
A figura anterior é un circuíto equivalente do díodo real. Cando o díodo funciona a alta velocidade, débense ter en conta os parámetros parasitos. Durante a recuperación inversa do díodo, a inductancia equivalente e a capacitancia equivalente convértense nun oscilador RC, xerando unha oscilación de alta frecuencia. Para suprimir esta oscilación de alta frecuencia, é necesario conectar a capacitancia C ou unha rede de búfer RC en ambos os extremos do díodo. A resistencia é xeralmente de 10 Ω - 100 ω, e a capacitancia é de 4,7 PF - 2,2 NF.
A capacitancia C ou RC no díodo C ou RC pódese determinar mediante probas repetidas. Se non se selecciona correctamente, provocará unha oscilación máis severa.
Data de publicación: 08-07-2023
