Switcheffektrippeln är oundviklig. Vårt yttersta mål är att minska utgångsrippeln till en tolererbar nivå. Den mest grundläggande lösningen för att uppnå detta mål är att undvika generering av rippel. Först och främst, och orsaken.
Med SWITCH-brytaren fluktuerar strömmen i induktansen L också upp och ner vid det giltiga värdet för utgångsströmmen. Därför kommer det också att finnas ett rippel som har samma frekvens som SWITCH vid utgångsänden. Generellt sett hänvisar rippeln på ribban till detta, vilket är relaterat till utgångskondensatorns kapacitet och ESR. Frekvensen för detta rippel är densamma som den switchande strömförsörjningen, med ett intervall på tiotals till hundratals kHz.
Dessutom använder Switchar vanligtvis bipolära transistorer eller MOSFET. Oavsett vilken av dem kommer det att finnas en stig- och minskningstid när den slås på och är död. Vid denna tidpunkt kommer det inte att finnas något brus i kretsen som är detsamma som ökningstiden som Switchens stig- och minskningstid, eller några gånger, och är vanligtvis tiotals MHz. På liknande sätt är dioden D i omvänd återställning. Den ekvivalenta kretsen är en serie resistanskondensatorer och induktorer, vilket kommer att orsaka resonans, och brusfrekvensen är tiotals MHz. Dessa två brus kallas generellt högfrekvent brus, och amplituden är vanligtvis mycket större än rippeln.
Om det är en AC/DC-omvandlare, finns det utöver ovanstående två krusningar (brus), även AC-brus. Frekvensen är frekvensen för ingående växelström, cirka 50-60 Hz. Det finns också ett ko-lägesbrus, eftersom strömförsörjningsenheten i många switchande nätaggregat använder skalet som en radiator, vilket producerar en ekvivalent kapacitans.
Mätning av switchande effektrippel
Grundläggande krav:
Koppling med ett oscilloskop AC
Bandbreddgräns på 20 MHz
Koppla ur jordkabeln från sonden
1. AC-koppling är till för att ta bort superpositionslikspänningen och erhålla en noggrann vågform.
2. Att öppna bandbreddgränsen på 20 MHz är för att förhindra störningar från högfrekvent brus och förhindra fel. Eftersom amplituden hos högfrekvent sammansättning är stor bör den tas bort vid mätning.
3. Koppla ur jordklämman från oscilloskopproben och använd jordmätningen för att minska störningar. Många avdelningar har inte jordringar. Men tänk på denna faktor när du bedömer om den är kvalificerad.
En annan punkt är att använda en 50Ω-terminal. Enligt informationen om oscilloskopet är 50Ω-modulen till för att ta bort DC-komponenten och noggrant mäta AC-komponenten. Det finns dock få oscilloskop med sådana speciella sonder. I de flesta fall används sonder från 100kΩ till 10MΩ, vilket är tillfälligt oklart.
Ovanstående är de grundläggande försiktighetsåtgärderna vid mätning av kopplingsrippel. Om oscilloskopproben inte är direkt exponerad för utgångspunkten bör den mätas med tvinnade ledningar eller 50Ω koaxialkablar.
Vid mätning av högfrekvent brus är oscilloskopets hela band generellt nivån hundratals mega-GHz till GHz. Andra är desamma som ovanstående. Kanske har olika företag olika testmetoder. I slutändan måste du känna till dina testresultat.
Om oscilloskop:
Vissa digitala oscilloskop kan inte mäta ripples korrekt på grund av störningar och lagringsdjup. Vid det här laget bör oscilloskopet bytas ut. Ibland, även om det gamla simuleringsoscilloskopets bandbredd bara är tiotals mega, är prestandan bättre än det digitala oscilloskopet.
Hämning av switchande effektrippel
För kopplingsripplar, teoretiskt och faktiskt existerande, finns det tre sätt att undertrycka eller minska dem:
1. Öka induktansen och filtreringen av utgångskondensatorn
Enligt formeln för den switchande nätaggregatet blir strömvariationens storlek och induktansvärdet för den induktiva induktansen omvänt proportionell, och utgångsripplarna och utgångskondensatorerna är omvänt proportionella. Därför kan en ökning av elektriska och utgångskondensatorer minska ripplarna.
Bilden ovan visar strömvågformen i switchande nätaggregatsspole L. Dess rippelström △i kan beräknas med följande formel:
Det kan ses att en ökning av L-värdet eller en ökning av switchfrekvensen kan minska strömfluktuationerna i induktansen.
På liknande sätt gäller förhållandet mellan utgångsrippel och utgångskondensatorer: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Det kan ses att en ökning av utgångskondensatorns värde kan minska rippeln.
Den vanliga metoden är att använda aluminiumelektrolytkondensatorer för utgångskapacitansen för att uppnå syftet med stor kapacitet. Elektrolytkondensatorer är dock inte särskilt effektiva för att undertrycka högfrekvent brus, och ESR är relativt stor, så det kommer att anslutas en keramisk kondensator bredvid den för att kompensera för bristen på aluminiumelektrolytkondensatorer.
Samtidigt, när strömförsörjningen är i drift, förblir spänningen VIN på ingångsterminalen oförändrad, men strömmen ändras med brytaren. Vid denna tidpunkt tillhandahåller inte ingångsströmförsörjningen någon strömbrunn, vanligtvis nära strömingångsterminalen (om man tar buck-typen som exempel, är nära brytaren), och ansluter kapacitansen för att ge ström.
Efter att denna motåtgärd har tillämpats visas Buck-switchens strömförsörjning i figuren nedan:
Ovanstående metod är begränsad till att minska ripplor. På grund av volymbegränsningen blir induktansen inte särskilt stor; utgångskondensatorn ökar till en viss grad, och det finns ingen uppenbar effekt på att minska ripplorna; ökningen av switchfrekvensen kommer att öka switchförlusten. Så när kraven är strikta är denna metod inte särskilt bra.
För principerna för switchande nätaggregat kan du hänvisa till olika typer av manualer för konstruktion av switchande nätaggregat.
2. Tvånivåfiltrering är att lägga till LC-filter på första nivån
LC-filtrets hämmande effekt på brusrippeln är relativt uppenbar. Beroende på rippelfrekvensen som ska avlägsnas, välj lämplig induktorkondensator för att bilda filterkretsen. Generellt sett kan den minska rippeln väl. I detta fall måste du ta hänsyn till samplingspunkten för återkopplingsspänningen. (Som visas nedan)
Samplingspunkten väljs före LC-filtret (PA), och utspänningen kommer att minskas. Eftersom all induktans har en likströmsresistans, kommer det att bli ett spänningsfall i induktansen när det finns en utström, 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. Emellertid är en induktans och en kondensator introducerade inuti kraftsystemet, vilket kan orsaka systeminstabilitet.
3. Efter utgången från switchande nätaggregat, anslut LDO-filtret
Detta är det mest effektiva sättet att minska ripplor och brus. Utgångsspänningen är konstant och det ursprungliga återkopplingssystemet behöver inte ändras, men det är också det mest kostnadseffektiva och har den högsta strömförbrukningen.
Varje LDO har en indikator: brusreduceringsförhållandet. Det är en frekvens-DB-kurva, som visas i figuren nedan är kurvan för LT3024.
Efter LDO är switchrippeln generellt under 10 mV. Följande figur är en jämförelse av rippeln före och efter LDO:
Jämfört med kurvan i figuren ovan och vågformen till vänster kan man se att LDO:s hämmande effekt är mycket god för switching-ripples på hundratals kHz. Men inom ett högt frekvensområde är LDO:s effekt inte så idealisk.
Minska ripplor. PCB-kopplingen för den switchande nätaggregatet är också avgörande. För högfrekvent brus, på grund av den höga frekvensen, även om efterstegsfiltreringen har en viss effekt, är effekten inte uppenbar. Det finns speciella studier i detta avseende. Den enkla metoden är att använda dioden och kapacitansen C eller RC, eller att seriekoppla induktansen.
Figuren ovan visar en ekvivalent krets för den faktiska dioden. När dioden har hög hastighet måste parasitparametrar beaktas. Under diodens omvända återhämtning blir den ekvivalenta induktansen och ekvivalenta kapacitansen en RC-oscillator, vilket genererar högfrekventa oscillationer. För att undertrycka dessa högfrekventa oscillationer är det nödvändigt att ansluta kapacitansen C eller ett RC-buffertnätverk i båda ändar av dioden. Resistansen är generellt 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 den inte väljs korrekt kommer den att orsaka kraftigare oscillationer.
Publiceringstid: 8 juli 2023
