Anahtarlama gücü dalgalanması kaçınılmazdır. Nihai amacımız, çıkış dalgalanmasını tolere edilebilir bir seviyeye düşürmektir. Bu amaca ulaşmanın en temel çözümü, dalgalanma oluşumunu önlemektir. Her şeyden önce, nedenine bakalım.
SWITCH'in anahtarlanmasıyla, L endüktansındaki akım da çıkış akımının geçerli değerinde yukarı ve aşağı dalgalanır. Bu nedenle, çıkış ucunda Switch ile aynı frekansta bir dalgalanma da meydana gelir. Genellikle, riber dalgalanmaları, çıkış kapasitörünün kapasitesi ve ESR ile ilişkili olan bu dalgalanmayı ifade eder. Bu dalgalanmanın frekansı, anahtarlama güç kaynağınınkiyle aynıdır ve onlarca ila yüzlerce kHz aralığındadır.
Ayrıca, Switch genellikle bipolar transistörler veya MOSFET'ler kullanır. Hangisi olursa olsun, açılıp kapandığında bir yükselme ve düşme süresi olacaktır. Bu esnada, devrede Switch'in yükselme ve düşme süresiyle aynı veya birkaç katı kadar ve genellikle onlarca MHz olan bir gürültü olmayacaktır. Benzer şekilde, D diyotu ters toparlanmadadır. Eşdeğer devre, rezonansa neden olacak direnç kapasitörleri ve indüktörler serisidir ve gürültü frekansı onlarca MHz'dir. Bu iki gürültüye genellikle yüksek frekanslı gürültü denir ve genlikleri genellikle dalgalanmadan çok daha büyüktür.
Bir AC/DC dönüştürücü söz konusu olduğunda, yukarıdaki iki dalgalanmaya (gürültüye) ek olarak bir de AC gürültüsü vardır. Frekans, giriş AC güç kaynağının frekansıdır ve yaklaşık 50-60 Hz'dir. Ayrıca, birçok anahtarlamalı güç kaynağının güç cihazı, eşdeğer bir kapasitans üreten bir radyatör olarak kabuğu kullandığından, bir eş-mod gürültüsü de vardır.
Anahtarlama gücü dalgalanmalarının ölçümü
Temel gereksinimler:
Osiloskop AC ile bağlantı
20MHz bant genişliği sınırı
Probun topraklama kablosunu çıkarın
1.AC kuplajı, süperpozisyon DC gerilimini ortadan kaldırmak ve doğru bir dalga formu elde etmek içindir.
2. 20 MHz bant genişliği sınırının açılması, yüksek frekanslı gürültünün karışmasını ve hatanın oluşmasını önlemek içindir. Yüksek frekanslı kompozisyonun genliği büyük olduğundan, ölçüm sırasında çıkarılmalıdır.
3. Osiloskop probunun topraklama klipsini çıkarın ve paraziti azaltmak için topraklama ölçümünü kullanın. Birçok bölümde topraklama halkası yoktur. Ancak, uygun olup olmadığına karar verirken bu faktörü göz önünde bulundurun.
Bir diğer nokta da 50Ω terminal kullanmaktır. Osiloskopun verdiği bilgilere göre, 50Ω modülü DC bileşenini çıkarmak ve AC bileşenini doğru bir şekilde ölçmek içindir. Ancak, bu tür özel problara sahip çok az osiloskop vardır. Çoğu durumda, 100 kΩ ila 10 MΩ arasındaki problar kullanılır ve bu da şimdilik belirsizdir.
Yukarıda, anahtarlama dalgalanmasını ölçerken alınması gereken temel önlemler verilmiştir. Osiloskop probu çıkış noktasına doğrudan maruz kalmıyorsa, bükülü hatlar veya 50Ω koaksiyel kablolarla ölçülmelidir.
Yüksek frekanslı gürültüyü ölçerken, osiloskopun tam bandı genellikle yüzlerce mega ila GHz aralığındadır. Diğerleri de yukarıdakilerle aynıdır. Belki de farklı şirketlerin farklı test yöntemleri vardır. Sonuç olarak, test sonuçlarınızı bilmelisiniz.
Osiloskop hakkında:
Bazı dijital osiloskoplar, girişim ve depolama derinliği nedeniyle dalgalanmaları doğru şekilde ölçemez. Bu durumda osiloskopun değiştirilmesi gerekir. Bazen eski simülasyon osiloskopunun bant genişliği yalnızca birkaç on megabayt olsa da, performansı dijital osiloskoptan daha iyidir.
Anahtarlama gücü dalgalanmalarının engellenmesi
Anahtarlama dalgalanmaları teorik ve fiili olarak mevcuttur. Bunu bastırmanın veya azaltmanın üç yolu vardır:
1. Endüktansı ve çıkış kapasitör filtrelemesini artırın
Anahtarlama güç kaynağı formülüne göre, akım dalgalanma büyüklüğü ve endüktif endüktansın endüktans değeri ters orantılı hale gelir ve çıkış dalgalanmaları ile çıkış kapasitörleri ters orantılıdır. Bu nedenle, elektrik ve çıkış kapasitörlerinin artırılması dalgalanmaları azaltabilir.
Yukarıdaki resim, anahtarlama güç kaynağı indüktörü L'deki akım dalga biçimidir. Dalgalanma akımı △ i, aşağıdaki formülden hesaplanabilir:
L değerinin arttırılmasının veya anahtarlama frekansının arttırılmasının endüktans içindeki akım dalgalanmalarını azaltabileceği görülebilir.
Benzer şekilde, çıkış dalgalanmaları ile çıkış kapasitörleri arasındaki ilişki de şöyledir: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Çıkış kapasitör değerinin artırılmasının dalgalanmayı azaltabileceği görülebilir.
Genellikle kullanılan yöntem, yüksek kapasite hedefine ulaşmak için çıkış kapasitansı olarak alüminyum elektrolitik kapasitörler kullanmaktır. Ancak, elektrolitik kapasitörler yüksek frekanslı gürültüyü bastırmada çok etkili değildir ve ESR nispeten yüksektir, bu nedenle alüminyum elektrolitik kapasitör eksikliğini telafi etmek için yanına bir seramik kapasitör bağlanacaktır.
Aynı zamanda, güç kaynağı çalışırken, giriş terminalinin voltaj VIN'i değişmez, ancak akım anahtarla değişir. Bu sırada, giriş güç kaynağı genellikle akım giriş terminalinin yakınında (örneğin, buck tipi anahtara yakındır) bir akım kaynağı sağlamaz ve kapasitansı akım sağlamak için bağlar.
Bu önlem uygulandıktan sonra Buck switch güç kaynağı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir:
Yukarıdaki yaklaşım, dalgalanmaları azaltmakla sınırlıdır. Hacim sınırı nedeniyle endüktans çok büyük olmayacaktır; çıkış kapasitörü belirli bir dereceye kadar artar ve dalgalanmaları azaltmada belirgin bir etkisi olmaz; anahtarlama frekansının artması, anahtarlama kaybını artıracaktır. Dolayısıyla, gereksinimler katı olduğunda bu yöntem pek iyi sonuç vermez.
Anahtarlama güç kaynağı prensipleri için çeşitli anahtarlama güç kaynağı tasarım kılavuzlarına başvurabilirsiniz.
2. İki seviyeli filtreleme, birinci seviye LC filtreleri eklemektir
LC filtresinin gürültü dalgalanması üzerindeki engelleyici etkisi oldukça belirgindir. Giderilecek dalgalanma frekansına göre, filtre devresini oluşturmak için uygun endüktör kapasitörünü seçin. Genellikle dalgalanmaları iyi bir şekilde azaltabilir. Bu durumda, geri besleme voltajının örnekleme noktasını dikkate almanız gerekir. (Aşağıda gösterildiği gibi)
Örnekleme noktası LC filtresinden (PA) önce seçilir ve çıkış voltajı düşürülür. Her endüktansın bir DC direnci olduğundan, akım çıkışı olduğunda endüktansta bir voltaj düşüşü olur ve bu da güç kaynağının çıkış voltajında bir düşüşe neden olur. Bu voltaj düşüşü, çıkış akımıyla birlikte değişir.
Örnekleme noktası, çıkış voltajının istediğimiz voltaj olması için LC filtresinden (PB) sonra seçilir. Ancak, güç sisteminin içine bir endüktans ve bir kapasitör girer ve bu da sistem kararsızlığına neden olabilir.
3. Anahtarlama güç kaynağının çıkışından sonra LDO filtrelemesini bağlayın
Bu, dalgalanmaları ve gürültüyü azaltmanın en etkili yoludur. Çıkış voltajı sabittir ve orijinal geri besleme sistemini değiştirmeye gerek yoktur, ancak aynı zamanda en uygun maliyetli ve en yüksek güç tüketimli yöntemdir.
Herhangi bir LDO'nun bir göstergesi vardır: gürültü bastırma oranı. Bu bir frekans-DB eğrisidir; aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, LT3024 LT3024 eğrisidir.
LDO'dan sonra, anahtarlama dalgalanması genellikle 10 mV'un altındadır. Aşağıdaki şekil, LDO'dan önceki ve sonraki dalgalanmaların karşılaştırmasını göstermektedir:
Yukarıdaki şeklin eğrisi ve soldaki dalga formu karşılaştırıldığında, LDO'nun yüzlerce kHz'lik anahtarlama dalgalanmaları için inhibitör etkisinin oldukça iyi olduğu görülebilir. Ancak yüksek frekans aralığında LDO'nun etkisi o kadar ideal değildir.
Dalgalanmaları azaltın. Anahtarlama güç kaynağının PCB kablolaması da kritik öneme sahiptir. Yüksek frekanslı gürültüde, yüksek frekansın yüksek frekansı nedeniyle, son aşama filtrelemenin belirli bir etkisi olsa da, etkisi belirgin değildir. Bu konuda özel çalışmalar mevcuttur. Basit yaklaşım, diyot ve kapasitans C veya RC'yi bağlamak veya endüktansı seri bağlamaktır.
Yukarıdaki şekil, gerçek diyotun eşdeğer devresidir. Diyot yüksek hızlı olduğunda, parazitik parametreler dikkate alınmalıdır. Diyotun ters toparlanması sırasında, eşdeğer endüktans ve eşdeğer kapasitans, yüksek frekanslı salınım üreten bir RC osilatörü haline gelmiştir. Bu yüksek frekanslı salınımı bastırmak için, diyotun her iki ucuna C kapasitansı veya RC tampon ağı bağlamak gerekir. Direnç genellikle 10Ω-100 ω ve kapasitans 4,7PF-2,2NF'dir.
C veya RC diyotundaki C veya RC kapasitansı, tekrarlanan testlerle belirlenebilir. Doğru seçilmezse, daha şiddetli salınımlara neden olur.
Gönderi zamanı: 08 Temmuz 2023
