Пульсації потужності комутації неминучі. Наша кінцева мета — зменшити вихідну пульсацію до прийнятного рівня. Найфундаментальнішим рішенням для досягнення цієї мети є уникнення генерації пульсацій. Перш за все І причина.
При перемиканні ПЕРЕМИКАЧА струм в індуктивності L також коливається вгору і вниз при дійсному значенні вихідного струму. Таким чином, на вихідному кінці також буде пульсація такої ж частоти, як і Switch. Як правило, хвилі на ребері стосуються цього, що пов’язано з ємністю вихідного конденсатора та ESR. Частота цієї пульсації така ж, як і імпульсного джерела живлення, з діапазоном від десятків до сотень кГц.
Крім того, Switch зазвичай використовує біполярні транзистори або MOSFET. Незалежно від того, який із них є, коли він увімкнений і не працює, буде час підвищення та зменшення. У цей час у ланцюзі не буде шуму, який дорівнює часу збільшення та зменшенню наростання перемикача або в кілька разів, і зазвичай становить десятки МГц. Подібним чином діод D знаходиться в режимі зворотного відновлення. Еквівалентна схема - це серія резистивних конденсаторів і індукторів, які викликають резонанс, а частота шуму становить десятки МГц. Ці два шуми зазвичай називаються високочастотними шумами, і їх амплітуда зазвичай набагато більша, ніж пульсації.
Якщо це перетворювач змінного/постійного струму, окрім двох зазначених вище пульсацій (шуму), є також шум змінного струму. Частота - це частота вхідного джерела змінного струму, приблизно 50-60 Гц. Існує також суміжний шум, оскільки пристрій живлення багатьох імпульсних джерел живлення використовує оболонку як радіатор, який виробляє еквівалентну ємність.
Вимірювання пульсацій комутаційної потужності
Основні вимоги:
Сполучення з осцилографом змінного струму
Обмеження пропускної здатності 20 МГц
Від'єднайте провід заземлення датчика
1. З’єднання змінного струму призначене для усунення напруги постійного струму суперпозиції та отримання точної форми сигналу.
2. Відкриття обмеження смуги пропускання 20 МГц має запобігти перешкодам високочастотного шуму та запобігти помилці. Оскільки амплітуда високочастотної композиції велика, її слід усунути під час вимірювання.
3. Від'єднайте затискач заземлення датчика осцилографа та використовуйте вимірювання заземлення, щоб зменшити перешкоди. Багато відділень не мають наземних кілець. Але враховуйте цей фактор, коли вирішуєте, чи є він кваліфікованим.
Іншим моментом є використання терміналу 50 Ом. Відповідно до інформації осцилографа, модуль 50 Ом повинен видалити компонент постійного струму та точно виміряти компонент змінного струму. Однак осцилографів з такими спеціальними пробниками мало. У більшості випадків використовуються пробники від 100 кОм до 10 МОм, що тимчасово незрозуміло.
Вище наведено основні запобіжні заходи під час вимірювання пульсацій комутації. Якщо пробник осцилографа не піддається безпосередньому впливу вихідної точки, його слід вимірювати за допомогою скручених ліній або коаксіальних кабелів 50 Ом.
Під час вимірювання високочастотного шуму повний діапазон осцилографа, як правило, становить сотні мега-ГГц. Інші такі ж, як і вище. Можливо, різні компанії мають різні методи тестування. Зрештою, ви повинні знати результати своїх тестів.
Про осцилограф:
Деякі цифрові осцилографи не можуть правильно виміряти пульсації через перешкоди та глибину зберігання. У цей час слід замінити осцилограф. Іноді, хоча пропускна здатність старого симуляційного осцилографа становить лише десятки мега, продуктивність краща, ніж у цифрового осцилографа.
Гальмування імпульсних пульсацій живлення
Для комутації брижі теоретично і реально існують. Є три способи придушити або зменшити його:
1. Збільште індуктивність і фільтрацію вихідного конденсатора
Відповідно до формули імпульсного джерела живлення величина коливань струму та значення індуктивності індуктивної індуктивності стають обернено пропорційними, а вихідні пульсації та вихідні конденсатори обернено пропорційні. Тому збільшення електричних і вихідних конденсаторів може зменшити пульсації.
На зображенні вище показано форму хвилі струму в індукторі L імпульсного джерела живлення. Його пульсаційний струм △ i можна обчислити за такою формулою:
Можна побачити, що збільшення значення L або збільшення частоти перемикання може зменшити поточні коливання індуктивності.
Подібним чином, співвідношення між вихідними пульсаціями та вихідними конденсаторами: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Можна побачити, що збільшення значення вихідного конденсатора може зменшити пульсації.
Звичайним методом є використання алюмінієвих електролітичних конденсаторів для отримання вихідної ємності для досягнення мети великої ємності. Однак електролітичні конденсатори не дуже ефективні для придушення високочастотного шуму, а ESR є відносно великим, тому поруч із ним потрібно підключити керамічний конденсатор, щоб компенсувати відсутність алюмінієвих електролітичних конденсаторів.
У той же час, коли блок живлення працює, напруга VIN вхідної клеми не змінюється, але струм змінюється разом з перемикачем. У цей час вхідне джерело живлення не забезпечує джерело струму, зазвичай поблизу вхідної клеми струму (як приклад, тип понижувального живлення знаходиться біля комутатора), і підключає ємність для забезпечення струму.
Після застосування цього контрзаходу джерело живлення перемикача Buck показано на малюнку нижче:
Наведений вище підхід обмежується зменшенням пульсацій. Через обмеження обсягу індуктивність не буде дуже великою; вихідний конденсатор збільшується до певного ступеня, і немає очевидного впливу на зменшення пульсацій; збільшення частоти перемикання збільшить втрати перемикання. Тому, коли вимоги суворі, цей метод не дуже хороший.
Щоб дізнатися про принципи імпульсного джерела живлення, ви можете звернутися до посібників з проектування різних типів імпульсного джерела живлення.
2. Дворівнева фільтрація полягає в додаванні LC-фільтрів першого рівня
Гальмівний ефект LC-фільтра на пульсацію шуму відносно очевидний. Відповідно до частоти пульсацій, яку необхідно видалити, виберіть відповідний конденсатор індуктивності для формування схеми фільтра. Як правило, це може добре зменшити хвилі. У цьому випадку потрібно враховувати точку вибірки напруги зворотного зв'язку. (Як показано нижче)
Точка вибірки вибирається перед фільтром LC (PA), і вихідна напруга буде знижена. Оскільки будь-яка індуктивність має опір постійному струму, коли є вихідний струм, відбудеться падіння напруги в індуктивності, що призведе до зменшення вихідної напруги джерела живлення. І це падіння напруги змінюється разом із вихідним струмом.
Точка вибірки вибирається після LC-фільтра (PB), щоб вихідна напруга була потрібною. Однак індуктивність і конденсатор вводяться в систему живлення, що може спричинити нестабільність системи.
3. Після виходу імпульсного джерела живлення підключіть фільтр LDO
Це найефективніший спосіб зменшити пульсації та шум. Вихідна напруга постійна і не потребує зміни оригінальної системи зворотного зв’язку, але вона також є найбільш економічно ефективною та має найвище енергоспоживання.
У будь-якого LDO є показник: коефіцієнт шумозаглушення. Це крива частоти DB, як показано на малюнку нижче, це крива LT3024 LT3024.
Після LDO пульсація перемикання зазвичай нижче 10 мВ. На наступному малюнку представлено порівняння брижів до і після LDO:
У порівнянні з кривою на малюнку вище та формою хвилі ліворуч можна побачити, що гальмівний ефект LDO є дуже хорошим для пульсацій перемикання в сотні кГц. Але в діапазоні високих частот ефект LDO не такий ідеальний.
Зменшити хвилі. Розводка друкованої плати імпульсного джерела живлення також є критичною. Для високочастотного шуму, через велику частоту високої частоти, хоча фільтрація після каскаду має певний ефект, ефект неочевидний. З цього приводу є спеціальні дослідження. Простий підхід полягає в тому, щоб діод і ємність C або RC або підключити індуктивність послідовно.
Наведене вище зображення є еквівалентною схемою фактичного діода. Коли діод високошвидкісний, слід враховувати паразитні параметри. Під час зворотного відновлення діода еквівалентна індуктивність і еквівалентна ємність стали RC-генератором, що генерує високочастотні коливання. Щоб придушити це високочастотне коливання, необхідно підключити ємність C або буферну мережу RC на обох кінцях діода. Опір, як правило, становить 10Ω-100 ω, а ємність становить 4,7PF-2,2NF.
Ємність C або RC на діоді C або RC можна визначити шляхом повторних випробувань. Якщо він не обраний належним чином, це спричинить більш сильні коливання.
Час публікації: 08 липня 2023 р
