Växlingskraftens rippel är oundviklig. Vårt yttersta syfte är att minska uteffekten till en acceptabel nivå. Den mest grundläggande lösningen för att uppnå detta syfte är att undvika generering av krusningar. Först och främst och orsaken.
Med omkopplaren på SWITCH fluktuerar även strömmen i induktansen L upp och ner vid det giltiga värdet för utströmmen. Därför kommer det också att finnas en rippel som är samma frekvens som Switch i utgångsänden. Generellt hänvisar ribberns krusningar till detta, vilket är relaterat till kapaciteten hos utgångskondensatorn och ESR. Frekvensen för denna rippel är densamma som strömförsörjningen, med ett intervall på tiotals till hundratals kHz.
Dessutom använder Switch vanligtvis bipolära transistorer eller MOSFETs. Oavsett vilken som är, kommer det att finnas en uppgång och minskningstid när den är påslagen och död. Vid denna tidpunkt kommer det inte att finnas något brus i kretsen som är samma som ökningstiden när switchen stiger minska tiden, eller några gånger, och är i allmänhet tiotals MHz. På liknande sätt är dioden D i omvänd återhämtning. Den ekvivalenta kretsen är serien av motståndskondensatorer och induktorer, som kommer att orsaka resonans, och brusfrekvensen är tiotals MHz. Dessa två brus kallas i allmänhet högfrekvent brus, och amplituden är vanligtvis mycket större än rippeln.
Om det är en AC/DC-omvandlare finns det förutom ovanstående två rippel (brus) även AC-brus. Frekvensen är frekvensen för ingående AC-strömförsörjning, cirka 50-60Hz. Det finns också ett co-mode-ljud, eftersom kraftenheten hos många växlande strömförsörjning använder skalet som en radiator, vilket producerar en motsvarande kapacitans.
Mätning av växlingseffektsrippel
Grundläggande krav:
Koppling med oscilloskop AC
20MHz bandbreddsgräns
Koppla ur sondens jordkabel
1. AC-koppling är för att ta bort överlagringslikspänningen och erhålla en exakt vågform.
2. Att öppna 20MHz-bandbreddsgränsen är för att förhindra störningar av högfrekvent brus och förhindra felet. Eftersom amplituden för högfrekvent sammansättning är stor, bör den tas bort när den mäts.
3. Koppla ur jordklämman på oscilloskopsonden och använd markmätningen för att minska störningar. Många avdelningar har inga markringar. Men överväg denna faktor när du bedömer om den är kvalificerad.
En annan punkt är att använda en 50Ω terminal. Enligt informationen från oscilloskopet ska 50Ω-modulen ta bort DC-komponenten och noggrant mäta AC-komponenten. Det finns dock få oscilloskop med sådana speciella sonder. I de flesta fall används prober från 100kΩ till 10MΩ, vilket är tillfälligt oklart.
Ovanstående är de grundläggande försiktighetsåtgärderna vid mätning av växlingsrippeln. Om oscilloskopsonden inte är direkt exponerad för utgångspunkten bör den mätas med tvinnade linjer eller 50Ω koaxialkablar.
Vid mätning av högfrekvent brus är oscilloskopets hela band i allmänhet hundratals mega- till GHz-nivåer. Andra är desamma som ovan. Kanske har olika företag olika testmetoder. I slutändan måste du känna till dina testresultat.
Om oscilloskop:
Vissa digitala oscilloskop kan inte mäta krusningar korrekt på grund av störningar och lagringsdjup. Vid denna tidpunkt bör oscilloskopet bytas ut. Ibland även om det gamla simuleringsoscilloskopets bandbredd bara är tiotals mega, är prestandan bättre än det digitala oscilloskopet.
Hämning av växlingseffektsrippel
För att byta krusningar, teoretiskt och faktiskt existerar. Det finns tre sätt att undertrycka eller minska det:
1. Öka induktansen och utgångskondensatorfiltreringen
Enligt formeln för omkopplingsströmförsörjningen blir den aktuella fluktuationsstorleken och induktansvärdet för den induktiva induktansen omvänt proportionell, och utgångsrippeln och utgångskondensatorerna är omvänt proportionella. Därför kan ökande elektriska och utgående kondensatorer minska krusningar.
Bilden ovan är strömvågformen i strömförsörjningsinduktorn L. Dess rippelström △ i kan beräknas från följande formel:
Det kan ses att ett ökat L-värde eller att öka kopplingsfrekvensen kan minska strömfluktuationerna i induktansen.
På liknande sätt är förhållandet mellan utgångsrippel och utgångskondensatorer: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Det kan ses att en ökning av utgångskondensatorvärdet kan minska rippeln.
Den vanliga metoden är att använda elektrolytiska kondensatorer av aluminium för utgångskapacitansen för att uppnå syftet med stor kapacitet. Elektrolytiska kondensatorer är dock inte särskilt effektiva för att undertrycka högfrekvent brus, och ESR är relativt stor, så den kommer att ansluta en keramisk kondensator bredvid den för att kompensera för bristen på aluminiumelektrolytiska kondensatorer.
Samtidigt, när strömförsörjningen fungerar, är spänningen VIN på ingångsterminalen oförändrad, men strömmen ändras med omkopplaren. För närvarande tillhandahåller inte ingångsströmförsörjningen en strömbrunn, vanligtvis nära strömingången (med buck-typen som ett exempel, är nära Switch), och ansluter kapacitansen för att ge ström.
Efter att ha tillämpat denna motåtgärd, visas Buck-brytarens strömförsörjning i bilden nedan:
Ovanstående tillvägagångssätt är begränsat till att minska krusningar. På grund av volymgränsen blir induktansen inte särskilt stor; utgångskondensatorn ökar till en viss grad, och det finns ingen uppenbar effekt på att minska krusningarna; ökningen av omkopplingsfrekvensen kommer att öka switchförlusten. Så när kraven är strikta är denna metod inte särskilt bra.
För principerna för omkoppling av strömförsörjning, kan du hänvisa till olika typer av designhandböcker för strömbrytare.
2. Tvånivåfiltrering är att lägga till LC-filter på första nivån
Den hämmande effekten av LC-filtret på brusrippeln är relativt uppenbar. Beroende på rippelfrekvensen som ska tas bort, välj lämplig induktorkondensator för att bilda filterkretsen. I allmänhet kan det minska krusningarna bra. I det här fallet måste du överväga samplingspunkten för återkopplingsspänningen. (Som visas nedan)
Samplingspunkten väljs före LC-filtret (PA), och utspänningen kommer att reduceras. Eftersom varje induktans har ett likströmsmotstånd, när det finns en strömutgång, kommer det att bli ett spänningsfall i induktansen, vilket resulterar i en minskning av strömförsörjningens utspänning. Och detta spänningsfall ändras med utströmmen.
Samplingspunkten väljs efter LC-filtret (PB), så att utspänningen är den spänning vi vill ha. En induktans och en kondensator introduceras dock inuti kraftsystemet, vilket kan orsaka systeminstabilitet.
3. Anslut LDO-filtrering efter utmatningen av strömförsörjningen
Detta är det mest effektiva sättet att minska krusningar och brus. Utspänningen är konstant och behöver inte ändra det ursprungliga återkopplingssystemet, men det är också den mest kostnadseffektiva och den högsta strömförbrukningen.
Varje LDO har en indikator: brusdämpningsförhållande. Det är en frekvens-DB-kurva, som visas i figuren nedan är kurvan för LT3024 LT3024.
Efter LDO är växlingsrippeln i allmänhet under 10mV. Följande figur är jämförelsen av krusningar före och efter LDO:
Jämfört med kurvan i figuren ovan och vågformen till vänster kan man se att den hämmande effekten av LDO är mycket bra för växlingsrippeln på hundratals KHz. Men inom ett högfrekvensområde är effekten av LDO inte så idealisk.
Minska krusningar. PCB-ledningarna för strömförsörjningen är också kritisk. För högfrekvent brus, på grund av den höga frekvensen av hög frekvens, är effekten inte uppenbar, även om efterstegsfiltreringen har en viss effekt. Det finns särskilda studier i detta avseende. Det enkla tillvägagångssättet är att vara på dioden och kapacitansen C eller RC, eller koppla induktansen i serie.
Ovanstående figur är en ekvivalent krets för den faktiska dioden. När dioden har hög hastighet måste parasitparametrar beaktas. Under den omvända återställningen av dioden blev den ekvivalenta induktansen och den ekvivalenta kapacitansen en RC-oscillator, som genererade högfrekvent oscillation. För att undertrycka denna högfrekventa svängning är det nödvändigt att ansluta kapacitans C eller RC buffertnätverk i båda ändarna av dioden. Resistansen är i allmänhet 10Ω-100 ω, och kapacitansen är 4,7PF-2,2NF.
Kapacitansen C eller RC på dioden C eller RC kan bestämmas genom upprepade tester. Om det inte väljs korrekt kommer det att orsaka svårare svängningar.
Posttid: 2023-08-08
