Rimpeling in het schakelvermogen is onvermijdelijk. Ons uiteindelijke doel is om de rimpel in het uitgangsvermogen te verminderen tot een acceptabel niveau. De meest fundamentele oplossing om dit doel te bereiken is het voorkomen van rimpeling. Allereerst: de oorzaak.
Met de schakelaar van de SWITCH fluctueert de stroom in de inductantie L ook op en neer bij de geldige waarde van de uitgangsstroom. Daarom zal er ook een rimpel zijn met dezelfde frequentie als bij de schakelaar aan de uitgang. Over het algemeen verwijzen de rimpelwaarden van de riber hiernaar, wat verband houdt met de capaciteit van de uitgangscondensator en de ESR. De frequentie van deze rimpel is gelijk aan die van de schakelende voeding, met een bereik van tientallen tot honderden kHz.
Bovendien gebruikt een switch over het algemeen bipolaire transistoren of MOSFET's. Ongeacht welke, er zal een stijging en daling zijn wanneer de switch in- en uitgeschakeld is. Op dat moment zal er geen ruis in het circuit zijn die gelijk is aan de stijging en daling van de switch, of een paar keer, en bedraagt deze over het algemeen tientallen MHz. Op dezelfde manier bevindt de diode D zich in een omgekeerde herstelfase. Het equivalente circuit bestaat uit een reeks weerstandcondensatoren en spoelen, die resonantie veroorzaken, en de ruisfrequentie is tientallen MHz. Deze twee soorten ruis worden over het algemeen hoogfrequente ruis genoemd en de amplitude is meestal veel groter dan de rimpel.
Als het een AC/DC-omvormer betreft, is er naast de bovengenoemde twee rimpelingen (ruis) ook sprake van wisselstroomruis. De frequentie is de frequentie van de ingangswisselstroomvoeding, ongeveer 50-60 Hz. Er is ook co-moderuis, omdat het voedingselement van veel schakelende voedingen de behuizing als radiator gebruikt, wat een equivalente capaciteit produceert.
Meting van rimpelingen in het schakelvermogen
Basisvereisten:
Koppeling met een oscilloscoop AC
Bandbreedtelimiet van 20 MHz
Koppel de aarddraad van de sonde los
1.AC-koppeling zorgt ervoor dat de superpositie-DC-spanning wordt verwijderd en een nauwkeurige golfvorm wordt verkregen.
2. Het verhogen van de bandbreedtelimiet van 20 MHz is bedoeld om interferentie door hoogfrequente ruis en fouten te voorkomen. Omdat de amplitude van de hoogfrequente compositie groot is, moet deze tijdens de meting worden verwijderd.
3. Koppel de aardingsklem van de oscilloscoopsonde los en gebruik de aardingsmeting om interferentie te verminderen. Veel afdelingen hebben geen aardingsringen. Houd hier echter rekening mee bij het beoordelen of deze geschikt zijn.
Een ander punt is het gebruik van een 50Ω-aansluiting. Volgens de informatie van de oscilloscoop dient de 50Ω-module om de DC-component te verwijderen en de AC-component nauwkeurig te meten. Er zijn echter weinig oscilloscopen met dergelijke speciale probes. In de meeste gevallen worden probes van 100 kΩ tot 10 MΩ gebruikt, wat voorlopig onduidelijk is.
Bovenstaande zijn de basisvoorzorgsmaatregelen bij het meten van de schakelrimpel. Als de oscilloscoopprobe niet direct op het uitgangspunt is aangesloten, moet deze worden gemeten met behulp van getwiste kabels of 50Ω coaxkabels.
Bij het meten van hoogfrequente ruis loopt de volledige band van de oscilloscoop over het algemeen van honderden mega- tot GHz-niveau. Andere frequenties zijn hetzelfde als hierboven. Mogelijk hanteren verschillende bedrijven verschillende testmethoden. Uiteindelijk moet u uw testresultaten kennen.
Over oscilloscoop:
Sommige digitale oscilloscopen kunnen rimpelingen niet correct meten vanwege interferentie en opslagdiepte. In dat geval moet de oscilloscoop worden vervangen. Soms zijn de prestaties van de oude simulatie-oscilloscoop, hoewel de bandbreedte slechts enkele tientallen megabytes bedraagt, beter dan die van de digitale oscilloscoop.
Remming van schakelvermogenrimpels
Voor schakelrimpels bestaan er theoretisch en feitelijk drie manieren om deze te onderdrukken of te verminderen:
1. Verhoog de inductie en de filtering van de uitgangscondensator
Volgens de formule van de schakelende voeding zijn de grootte van de stroomfluctuatie en de inductiewaarde van de inductieve inductantie omgekeerd evenredig, en zijn de uitgangsrimpels en uitgangscondensatoren omgekeerd evenredig. Door het aantal elektrische en uitgangscondensatoren te verhogen, kunnen rimpelingen dus worden verminderd.
De afbeelding hierboven toont de stroomgolfvorm in de inductor L van de schakelende voeding. De rimpelstroom △ i kan worden berekend met de volgende formule:
Zoals te zien is, kunnen door de L-waarde te verhogen of de schakelfrequentie te verhogen de stroomfluctuaties in de inductie worden verminderd.
Op vergelijkbare wijze is de relatie tussen uitgangsrimpels en uitgangscondensatoren: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Het is duidelijk dat het verhogen van de waarde van de uitgangscondensator de rimpel kan verminderen.
De gebruikelijke methode is om aluminium elektrolytische condensatoren te gebruiken voor de uitgangscapaciteit om het doel van een grote capaciteit te bereiken. Elektrolytische condensatoren zijn echter niet erg effectief in het onderdrukken van hoogfrequente ruis en de ESR is relatief hoog, dus zal er een keramische condensator naast worden geplaatst om het gebrek aan aluminium elektrolytische condensatoren te compenseren.
Tegelijkertijd, wanneer de voeding werkt, blijft de spanning VIN van de ingangsaansluiting ongewijzigd, maar verandert de stroom met de schakelaar. Op dat moment levert de ingangsvoeding geen stroombron, meestal in de buurt van de stroomingangsaansluiting (het buck-type is bijvoorbeeld dichtbij de schakelaar), en schakelt de capaciteit in om stroom te leveren.
Na het toepassen van deze tegenmaatregel wordt de Buck-schakelvoeding weergegeven in de onderstaande afbeelding:
De bovenstaande aanpak beperkt zich tot het verminderen van rimpelingen. Vanwege de volumebeperking zal de inductantie niet erg groot zijn; de uitgangscondensator neemt tot op zekere hoogte toe en er is geen duidelijk effect op het verminderen van de rimpelingen; een hogere schakelfrequentie zal het schakelverlies verhogen. Wanneer de eisen streng zijn, is deze methode dus niet erg geschikt.
Voor de principes van schakelende voedingen kunt u de handleidingen voor het ontwerpen van verschillende soorten schakelende voedingen raadplegen.
2. Twee-niveau filtering houdt in dat er LC-filters van het eerste niveau worden toegevoegd
Het remmende effect van het LC-filter op de ruisrimpel is relatief duidelijk. Selecteer, afhankelijk van de te verwijderen rimpelfrequentie, de juiste spoel/condensator om het filtercircuit te vormen. Over het algemeen kan dit de rimpelingen goed verminderen. In dit geval moet u rekening houden met het bemonsteringspunt van de terugkoppelspanning. (Zoals hieronder weergegeven)
Het bemonsteringspunt wordt vóór het LC-filter (PA) geselecteerd en de uitgangsspanning wordt verlaagd. Omdat elke inductantie een gelijkstroomweerstand heeft, zal er bij een stroomuitgang een spanningsval in de inductantie optreden, wat resulteert in een afname van de uitgangsspanning van de voeding. Deze spanningsval verandert met de uitgangsstroom.
Het bemonsteringspunt wordt na het LC-filter (PB) geselecteerd, zodat de uitgangsspanning de gewenste spanning is. Er worden echter een inductantie en een condensator in het voedingssysteem geïntroduceerd, wat tot systeeminstabiliteit kan leiden.
3. Sluit na de uitgang van de schakelende voeding de LDO-filtering aan
Dit is de meest effectieve manier om rimpelingen en ruis te verminderen. De uitgangsspanning is constant en het oorspronkelijke feedbacksysteem hoeft niet te worden gewijzigd, maar het is ook de meest kosteneffectieve manier en het verbruikt het hoogste vermogen.
Elke LDO heeft een indicator: ruisonderdrukkingsverhouding. Het is een frequentie-DB-curve, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.
Na LDO ligt de schakelrimpel over het algemeen onder de 10 mV. De volgende afbeelding toont de rimpeling vóór en na LDO:
Vergeleken met de curve in de bovenstaande figuur en de golfvorm links, is te zien dat het remmende effect van LDO zeer goed werkt bij schakelrimpels van honderden kHz. Maar binnen een hoog frequentiebereik is het effect van LDO niet zo ideaal.
Verminder rimpelingen. De PCB-bedrading van de schakelende voeding is ook cruciaal. Voor hoogfrequente ruis heeft de nafiltering weliswaar een bepaald effect, maar het effect is niet duidelijk zichtbaar. Er zijn speciale studies naar dit onderwerp. De eenvoudige aanpak is om de diode en de capaciteit C of RC te gebruiken, of de inductantie in serie te schakelen.
De bovenstaande afbeelding toont een equivalent circuit van de daadwerkelijke diode. Wanneer de diode snel is, moet rekening worden gehouden met parasitaire parameters. Tijdens het terugdraaien van de diode worden de equivalente inductantie en equivalente capaciteit omgezet in een RC-oscillator, die hoogfrequente oscillatie genereert. Om deze hoogfrequente oscillatie te onderdrukken, is het noodzakelijk om aan beide uiteinden van de diode een capaciteit C of RC-buffernetwerk aan te sluiten. De weerstand is over het algemeen 10Ω-100 ω en de capaciteit 4,7 PF-2,2 NF.
De capaciteit C of RC op de diode C of RC kan worden bepaald door herhaalde tests. Als deze niet correct is geselecteerd, zal dit leiden tot hevigere oscillaties.
Plaatsingstijd: 08-07-2023
