Anahtarlama gücü dalgalanması kaçınılmazdır. Nihai amacımız çıktı dalgalanmasını kabul edilebilir bir düzeye indirmektir. Bu amaca ulaşmanın en temel çözümü dalga oluşumunu önlemektir. Her şeyden önce Ve nedeni.
SWITCH'in anahtarıyla, endüktans L'deki akım da çıkış akımının geçerli değerinde yukarı ve aşağı dalgalanır. Dolayısıyla çıkış ucunda Switch ile aynı frekansta bir dalgalanma da olacaktır. Genel olarak, çıkış kapasitörünün ve ESR'nin kapasitesi ile ilgili olan kirişin dalgalanmaları buna atıfta bulunur. Bu dalgalanmanın frekansı, onlarca ila yüzlerce kHz aralığındaki anahtarlamalı güç kaynağıyla aynıdır.
Ayrıca Switch genellikle bipolar transistörler veya MOSFET'ler kullanır. Hangisi olursa olsun açılıp kapandığında bir yükselme ve azalma süresi olacaktır. Bu esnada devrede Switch yükselme azalış süresi kadar veya birkaç kat artış süresi kadar ve genellikle onlarca MHz olan bir gürültü olmayacaktır. Benzer şekilde D diyodu da ters iyileşme durumundadır. Eşdeğer devre, rezonansa neden olacak direnç kapasitörleri ve indüktörler dizisidir ve gürültü frekansı onlarca MHz'dir. Bu iki gürültüye genellikle yüksek frekanslı gürültü denir ve genliği genellikle dalgalanmadan çok daha büyüktür.
Eğer AC/DC dönüştürücü ise yukarıdaki iki dalgalanmaya (gürültü) ek olarak AC gürültüsü de vardır. Frekans, giriş AC güç kaynağının frekansıdır, yaklaşık 50-60Hz. Aynı zamanda bir ortak mod gürültüsü de vardır, çünkü birçok anahtarlamalı güç kaynağının güç cihazı, eşdeğer bir kapasitans üreten bir radyatör olarak kabuğu kullanır.
Anahtarlama gücü dalgalanmalarının ölçümü
Temel gereksinimler:
Osiloskop AC ile bağlantı
20MHz bant genişliği sınırı
Probun topraklama kablosunu çıkarın
1.AC bağlantısı, süperpozisyon DC voltajını ortadan kaldırmak ve doğru bir dalga formu elde etmektir.
2. 20MHz bant genişliği limitinin açılması, yüksek frekanslı gürültünün karışmasını önlemek ve hatayı önlemek içindir. Yüksek frekanslı bileşimin genliği büyük olduğundan, ölçüldüğünde çıkarılmalıdır.
3. Osiloskop probunun toprak klipsini çıkarın ve paraziti azaltmak için toprak ölçüm ölçümünü kullanın. Pek çok departmanın topraklama halkaları yoktur. Ancak nitelikli olup olmadığına karar verirken bu faktörü göz önünde bulundurun.
Diğer bir nokta ise 50Ω terminal kullanmaktır. Osiloskopun bilgilerine göre 50Ω modülü, DC bileşenini çıkarmak ve AC bileşenini doğru bir şekilde ölçmek içindir. Ancak bu tür özel problara sahip çok az sayıda osiloskop vardır. Çoğu durumda, geçici olarak belirsiz olan 100kΩ ila 10MΩ arası probların kullanımı kullanılır.
Anahtarlama dalgalanmasını ölçerken alınacak temel önlemler yukarıda verilmiştir. Osiloskop probu doğrudan çıkış noktasına maruz bırakılmıyorsa, bükümlü hatlar veya 50Ω koaksiyel kablolarla ölçülmelidir.
Yüksek frekanslı gürültüyü ölçerken, osiloskobun tam bandı genellikle yüzlerce mega ila GHz düzeyindedir. Diğerleri yukarıdakilerle aynıdır. Belki farklı şirketlerin farklı test yöntemleri vardır. Son analizde test sonuçlarınızı bilmeniz gerekir.
Osiloskop hakkında:
Bazı dijital osiloskoplar, girişim ve depolama derinliği nedeniyle dalgaları doğru şekilde ölçemez. Bu durumda osiloskop değiştirilmelidir. Bazen eski simülasyon osiloskop bant genişliği sadece onlarca mega olmasına rağmen performans dijital osiloskoptan daha iyidir.
Güç dalgalanmalarının değiştirilmesinin engellenmesi
Dalgalanmaları değiştirmek için teorik ve gerçekte mevcuttur. Bunu bastırmanın veya azaltmanın üç yolu vardır:
1. Endüktansı ve çıkış kapasitör filtrelemesini artırın
Anahtarlamalı güç kaynağı formülüne göre, endüktif endüktansın akım dalgalanma boyutu ve endüktans değeri ters orantılı hale gelir ve çıkış dalgalanmaları ve çıkış kapasitörleri ters orantılı olur. Bu nedenle elektrik ve çıkış kapasitörlerinin arttırılması dalgalanmaları azaltabilir.
Yukarıdaki resim anahtarlamalı güç kaynağı indüktörü L'deki akım dalga biçimidir. Dalgalanma akımı △i aşağıdaki formülle hesaplanabilir:
L değerinin arttırılması veya anahtarlama frekansının arttırılmasının endüktanstaki akım dalgalanmalarını azaltabileceği görülmektedir.
Benzer şekilde çıkış dalgalanmaları ve çıkış kapasitörleri arasındaki ilişki: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Çıkış kapasitör değerinin arttırılmasının dalgalanmayı azaltabileceği görülmektedir.
Genel yöntem, büyük kapasite amacına ulaşmak için çıkış kapasitansı için alüminyum elektrolitik kapasitörler kullanmaktır. Bununla birlikte, elektrolitik kapasitörler yüksek frekanslı gürültüyü bastırmada çok etkili değildir ve ESR nispeten büyüktür, bu nedenle alüminyum elektrolitik kapasitörlerin eksikliğini telafi etmek için yanına bir seramik kapasitör bağlayacaktır.
Aynı zamanda, güç kaynağı çalışırken giriş terminalinin VIN voltajı değişmez, ancak anahtarla birlikte akım değişir. Bu sırada, giriş güç kaynağı, genellikle mevcut giriş terminalinin yakınında bir akım kuyusu sağlamaz (örnek olarak Buck tipini alırsak, Switch'in yakınındadır) ve akım sağlamak için kapasitansı bağlar.
Bu karşı önlem uygulandıktan sonra Buck anahtarı güç kaynağı aşağıdaki şekilde gösterilmektedir:
Yukarıdaki yaklaşım dalgalanmaların azaltılmasıyla sınırlıdır. Hacim sınırı nedeniyle endüktans çok büyük olmayacaktır; çıkış kapasitörü belirli bir dereceye kadar artar ve dalgalanmaların azaltılmasında belirgin bir etki yoktur; Anahtarlama frekansının artması anahtar kaybını artıracaktır. Dolayısıyla gereksinimler katı olduğunda bu yöntem pek iyi değildir.
Anahtarlamalı güç kaynağının ilkeleri için çeşitli anahtarlamalı güç tasarımı kılavuzlarına başvurabilirsiniz.
2. İki seviyeli filtreleme, birinci seviye LC filtrelerini eklemektir
LC filtresinin gürültü dalgalanması üzerindeki engelleyici etkisi nispeten açıktır. Kaldırılacak dalgalanma frekansına göre filtre devresini oluşturmak için uygun indüktör kapasitörünü seçin. Genel olarak 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 azaltılır. Herhangi bir endüktansın bir DC direnci olduğundan, bir akım çıkışı olduğunda, endüktansta bir voltaj düşüşü olacak ve bu da güç kaynağının çıkış voltajında bir azalmaya neden olacaktır. Ve bu voltaj düşüşü çıkış akımıyla birlikte değişir.
Örnekleme noktası LC filtresinden (PB) sonra seçilir, böylece çıkış voltajı istediğimiz voltaj olur. Bununla birlikte, güç sisteminin içine bir endüktans ve bir kapasitör eklenir ve bu da sistem kararsızlığına neden olabilir.
3. Anahtarlama güç kaynağının çıkışından sonra LDO filtrelemeyi bağlayın
Dalgalanmaları ve gürültüyü azaltmanın en etkili yolu budur. Çıkış voltajı sabittir ve orijinal geri besleme sistemini değiştirmeye gerek yoktur, ancak aynı zamanda en uygun maliyetli ve en yüksek güç tüketimidir.
Herhangi bir LDO'nun bir göstergesi vardır: gürültü bastırma oranı. Bu bir frekans-DB eğrisidir, aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi LT3024 LT3024 eğrisidir.
LDO'dan sonra anahtarlama dalgalanması genellikle 10mV'nin altındadır. Aşağıdaki şekil LDO'dan önceki ve sonraki dalgalanmaların karşılaştırmasıdır:
Yukarıdaki şeklin eğrisi ve soldaki dalga formu ile karşılaştırıldığında, LDO'nun önleyici etkisinin yüzlerce KHz'lik anahtarlama dalgaları için çok iyi olduğu görülebilir. Ancak yüksek frekans aralığında LDO'nun etkisi o kadar ideal değildir.
Dalgalanmaları azaltın. Anahtarlamalı güç kaynağının PCB kablolaması da kritik öneme sahiptir. Yüksek frekanslı gürültü için, yüksek frekansın büyük frekansı nedeniyle, aşama sonrası filtrelemenin belirli bir etkisi olmasına rağmen, etki açık değildir. Bu konuda özel çalışmalar var. Basit yaklaşım diyot ve kapasitans C veya RC üzerinde olmak veya endüktansı seri olarak 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 geldi. Bu yüksek frekanslı salınımı bastırmak için diyotun her iki ucuna kapasitans C veya RC tampon ağını bağlamak gerekir. Direnç genellikle 10Ω-100 ω'dir 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.
Gönderim zamanı: Temmuz-08-2023
