Lülitusvõimsuse pulsatsioon on vältimatu. Meie lõppeesmärk on vähendada väljundpulsatsiooni talutavale tasemele. Selle eesmärgi saavutamise kõige olulisem lahendus on pulsatsiooni tekkimise vältimine. Esiteks ja põhjus.
LÜLITI lülitiga (SWITCH) kõigub induktiivsuse L vool samuti väljundvoolu kehtiva väärtuse juures üles-alla. Seetõttu tekib väljundis ka pulsatsioon, mille sagedus on sama kui lülitil (Switch). Üldiselt viitab ribi pulsatsioon sellele, mis on seotud väljundkondensaatori mahtuvuse ja ESR-iga. Selle pulsatsiooni sagedus on sama, mis lülitustoiteplokil, ulatudes kümnetest kuni sadadeni kHz-ni.
Lisaks kasutab lüliti üldiselt bipolaartransistore või MOSFET-e. Olenemata sellest, kumb neist on, on sisse- ja väljalülitamisel teatud tõusu- ja langusaeg. Sel ajal ei teki vooluringis müra, mis oleks sama pikk kui lüliti tõusu- ja langusaeg või mitu korda pikem ja on tavaliselt kümneid megahertse. Samamoodi on diood D pöördtaastumises. Ekvivalentlülitus koosneb takistuskondensaatorite ja induktiivpoolide jadast, mis põhjustab resonantsi ja müra sagedus on kümneid megahertse. Neid kahte müra nimetatakse üldiselt kõrgsagedusmüraks ja nende amplituud on tavaliselt palju suurem kui pulsatsioon.
Kui tegemist on vahelduvvoolu/alalisvoolu muunduriga, siis lisaks kahele ülaltoodud pulsatsioonile (mürale) esineb ka vahelduvvoolu müra. Sagedus on sisendvahelduvvoolu toiteallika sagedus, umbes 50–60 Hz. Samuti esineb korežiimi müra, kuna paljude lülitustoiteallikate toiteseade kasutab kesta radiaatorina, mis tekitab samaväärse mahtuvuse.
Lülitusvõimsuse pulsatsioonide mõõtmine
Põhinõuded:
Ostsilloskoobi AC ühendamine
Ribalaiuse piirang 20 MHz
Ühendage sondi maandusjuhe lahti
1. Vahelduvvoolu ühendus on superpositsioonilise alalispinge eemaldamine ja täpse lainekuju saamine.
2. 20 MHz ribalaiuse piiri avamine on mõeldud kõrgsagedusliku müra häirete ja vea vältimiseks. Kuna kõrgsagedusliku kompositsiooni amplituud on suur, tuleks see mõõtmise ajal eemaldada.
3. Eemaldage ostsilloskoobi sondi maandusklamber ja kasutage häirete vähendamiseks maandusmõõtmist. Paljudel osakondadel pole maandusrõngaid. Kuid arvestage seda tegurit seadme sobivuse hindamisel.
Teine võimalus on kasutada 50Ω klemmi. Ostsilloskoobi info kohaselt on 50Ω moodul mõeldud alalisvoolukomponendi eemaldamiseks ja vahelduvvoolukomponendi täpseks mõõtmiseks. Selliste spetsiaalsete sondidega ostsilloskoope on aga vähe. Enamasti kasutatakse sonde vahemikus 100kΩ kuni 10MΩ, mis on esialgu ebaselge.
Ülaltoodud on lülituspulsatsiooni mõõtmise põhilised ettevaatusabinõud. Kui ostsilloskoobi andur ei ole väljundpunktiga otse kokkupuutes, tuleks seda mõõta keerdjuhtmete või 50Ω koaksiaalkaablite abil.
Kõrgsagedusliku müra mõõtmisel on ostsilloskoobi täisriba üldiselt sadadest mega- kuni GHz-ni. Teised on samad, mis eespool. Võimalik, et erinevatel ettevõtetel on erinevad testimismeetodid. Lõppkokkuvõttes peate teadma oma testi tulemusi.
Ostsilloskoobi kohta:
Mõned digitaalsed ostsilloskoobid ei suuda interferentsi ja salvestussügavuse tõttu pulsatsiooni õigesti mõõta. Sellisel juhul tuleks ostsilloskoop välja vahetada. Mõnikord, kuigi vana simulatsiooniostsilloskoobi ribalaius on vaid kümneid megagramme, on jõudlus parem kui digitaalsel ostsilloskoobil.
Lülitusvõimsuse pulsatsioonide pärssimine
Lülituse pulsatsioon on nii teoreetiliselt kui ka tegelikult olemas. Selle summutamiseks või vähendamiseks on kolm võimalust:
1. Suurendage induktiivsust ja väljundkondensaatori filtreerimist
Lülitustoiteallika valemi kohaselt muutuvad voolu kõikumise suurus ja induktiivse induktiivsuse väärtus pöördvõrdeliseks ning väljundpulsatsioon ja väljundkondensaatorid on pöördvõrdelised. Seetõttu saab elektri- ja väljundkondensaatorite suurendamisega pulsatsiooni vähendada.
Ülaltoodud pildil on kujutatud lülitustoiteploki induktiivpooli L voolulainekuju. Selle pulsatsioonivoolu △ i saab arvutada järgmise valemi abil:
On näha, et L väärtuse suurendamine või lülitussageduse suurendamine võib vähendada induktiivsuse voolukõikumisi.
Samamoodi on väljundpulsatsiooni ja väljundkondensaatorite vaheline seos: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). On näha, et väljundkondensaatori väärtuse suurendamine võib pulsatsiooni vähendada.
Tavapäraselt kasutatakse väljundmahtuvuse saavutamiseks alumiinium-elektrolüütkondensaatoreid, et saavutada suurem mahtuvus. Elektrolüütkondensaatorid ei ole aga kõrgsagedusliku müra summutamisel eriti tõhusad ja ESR on suhteliselt suur, seega ühendatakse alumiinium-elektrolüütkondensaatorite puuduse kompenseerimiseks nende kõrvale keraamiline kondensaator.
Samal ajal, kui toiteallikas töötab, jääb sisendklemmide pinge VIN samaks, kuid voolutugevus muutub koos lülitiga. Sellisel juhul ei anna sisendtoiteallikas voolu hästi, tavaliselt voolu sisendklemmide lähedal (näiteks pingemuunduri puhul on see lüliti lähedal) ja kondensaator ühendatakse voolu tagamiseks.
Pärast selle vastumeetme rakendamist on Buck-lüliti toiteallikas näidatud alloleval joonisel:
Ülaltoodud lähenemisviis piirdub pulsatsiooni vähendamisega. Mahupiirangu tõttu ei ole induktiivsus väga suur; väljundkondensaator suureneb teatud määral ja pulsatsiooni vähendamisel pole ilmset mõju; lülitussageduse suurenemine suurendab lülituskaod. Seega, kui nõuded on ranged, pole see meetod eriti hea.
Lülitusvooluallika põhimõtete kohta saate teavet erinevatest lülitusvooluallikate projekteerimisjuhenditest.
2. Kahetasemeline filtreerimine tähendab esimese taseme LC-filtrite lisamist
LC-filtri pärssiv mõju müra pulsatsioonile on suhteliselt ilmne. Eemaldatava pulsatsioonisageduse järgi vali filtriahela moodustamiseks sobiv induktiivkondensaator. Üldiselt vähendab see pulsatsiooni hästi. Sellisel juhul tuleb arvestada tagasisidepinge proovivõtupunktiga. (Nagu allpool näidatud)
Proovivõtupunkt valitakse enne LC-filtrit (PA) ja väljundpinget vähendatakse. Kuna igal induktiivsusel on alalisvoolutakistus, siis voolu väljundis tekib induktiivsuses pingelangus, mille tulemuseks on toiteploki väljundpinge langus. Ja see pingelang muutub koos väljundvooluga.
Diskreetimispunkt valitakse LC-filtri (PB) järel, nii et väljundpinge on soovitud pinge. Elektrisüsteemi sisse on aga lisatud induktiivsus ja kondensaator, mis võivad põhjustada süsteemi ebastabiilsust.
3. Pärast lülitustoiteallika väljundit ühendage LDO-filtreerimine
See on kõige tõhusam viis pulsatsiooni ja müra vähendamiseks. Väljundpinge on konstantne ja ei pea muutma algset tagasisidesüsteemi, kuid see on ka kõige kuluefektiivsem ja suurima energiatarbega.
Igal LDO-l on indikaator: mürasummutussuhe. See on sageduse-dB kõver, nagu alloleval joonisel on näidatud LT3024 LT3024 kõver.
Pärast LDO-d on lülituspulsatsioon üldiselt alla 10 mV. Järgmisel joonisel on võrreldud pulsatsiooni enne ja pärast LDO-d:
Võrreldes ülaltoodud joonise kõverat ja vasakpoolset lainekuju, on näha, et LDO inhibeeriv toime on sadade kHz lülituspulsatsioonide puhul väga hea. Kuid kõrgsagedusvahemikus pole LDO mõju nii ideaalne.
Vähendage pulsatsiooni. Lülitusvooluallika trükkplaadi juhtmestik on samuti kriitilise tähtsusega. Kõrgsagedusliku müra puhul on kõrge sageduse tõttu järelfiltreerimisel teatav mõju, kuid see pole ilmne. Selle kohta on tehtud spetsiaalseid uuringuid. Lihtsaim lähenemisviis on ühendada diood ja kondensaator C või RC või induktiivsus järjestikku.
Ülaltoodud joonis kujutab dioodi ekvivalentahelat. Kui diood on kiire, tuleb arvestada parasiitsete parameetritega. Dioodi tagasipööratud taastumise ajal muutuvad ekvivalentne induktiivsus ja ekvivalentne mahtuvus RC-ostsillaatoriks, tekitades kõrgsageduslikke võnkumisi. Selle kõrgsagedusliku võnkumise summutamiseks on vaja dioodi mõlemasse otsa ühendada mahtuvus C või RC-puhvervõrk. Takistus on üldiselt 10Ω-100 ω ja mahtuvus 4,7PF-2,2NF.
Dioodi C või RC mahtuvust C või RC saab määrata korduvate katsetega. Kui see pole õigesti valitud, põhjustab see tugevamat võnkumist.
Postituse aeg: 08.07.2023
