De schakelstroomrimpel is onvermijdelijk. Ons uiteindelijke doel is om de output-rimpel terug te brengen tot een aanvaardbaar niveau. De meest fundamentele oplossing om dit doel te bereiken is het voorkomen van het ontstaan van rimpelingen. Allereerst En 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 Switch aan de uitgangszijde. Over het algemeen verwijzen de rimpelingen van de riber hiernaar, wat gerelateerd is aan de capaciteit van de uitgangscondensator en ESR. De frequentie van deze rimpel is dezelfde als die van de schakelende voeding, met een bereik van tientallen tot honderden kHz.
Bovendien maakt Switch doorgaans gebruik van bipolaire transistors of MOSFET's. Welke het ook is, er zal een stijgings- en dalingstijd zijn wanneer deze is ingeschakeld en dood is. Op dit moment zal er geen ruis in het circuit zijn die hetzelfde is als de stijgingstijd van de schakelaar, of een paar keer, en die over het algemeen tientallen MHz bedraagt. Op soortgelijke wijze verkeert de diode D in omgekeerd herstel. Het equivalente circuit is een reeks weerstandscondensatoren en inductoren, die resonantie zullen veroorzaken, en de ruisfrequentie is tientallen MHz. Deze twee ruis worden over het algemeen hoogfrequente ruis genoemd en de amplitude is meestal veel groter dan de rimpel.
Als het een AC/DC-omzetter is, is er naast de bovengenoemde twee rimpelingen (ruis) ook AC-ruis. De frequentie is de frequentie van de AC-ingangsvoeding, ongeveer 50-60 Hz. Er is ook sprake van co-mode-ruis, omdat het voedingsapparaat van veel schakelende voedingen de schaal als radiator gebruikt, die een gelijkwaardige capaciteit produceert.
Meting van schakelvermogensrimpels
Basisvereisten:
Koppeling met een oscilloscoop AC
Bandbreedtelimiet van 20 MHz
Koppel de aardedraad van de sonde los
1.AC-koppeling is bedoeld om de superpositie-gelijkspanning te verwijderen en een nauwkeurige golfvorm te verkrijgen.
2. Het openen van de bandbreedtelimiet van 20 MHz is om interferentie van hoogfrequente ruis te voorkomen en de fout te voorkomen. Omdat de amplitude van de hoogfrequente samenstelling groot is, moet deze tijdens de meting worden verwijderd.
3. Koppel de aardingsclip van de oscilloscoopsonde los en gebruik de grondmeting om interferentie te verminderen. Veel afdelingen beschikken niet over aardringen. Maar houd rekening met deze factor bij het beoordelen of het gekwalificeerd is.
Een ander punt is het gebruik van een 50Ω-aansluiting. Volgens de informatie van de oscilloscoop moet de 50Ω-module de DC-component verwijderen en de AC-component nauwkeurig meten. Er zijn echter weinig oscilloscopen met zulke speciale sondes. In de meeste gevallen wordt gebruik gemaakt van probes van 100kΩ tot 10MΩ, wat tijdelijk onduidelijk is.
Het bovenstaande zijn de basisvoorzorgsmaatregelen bij het meten van de schakelrimpel. Als de oscilloscoopsonde niet direct is blootgesteld aan het uitgangspunt, moet deze worden gemeten met gedraaide lijnen of 50Ω coaxkabels.
Bij het meten van hoogfrequente ruis bedraagt de volledige band van de oscilloscoop doorgaans een niveau van honderden mega tot GHz. Anderen zijn hetzelfde als hierboven. Misschien hebben verschillende bedrijven verschillende testmethoden. Uiteindelijk moet u uw testresultaten kennen.
Over oscilloscoop:
Sommige digitale oscilloscopen kunnen rimpelingen niet correct meten vanwege interferentie en opslagdiepte. Op dit moment moet de oscilloscoop worden vervangen. Hoewel de bandbreedte van de oude simulatie-oscilloscoop slechts tientallen mega's bedraagt, zijn de prestaties soms beter dan die van de digitale oscilloscoop.
Remming van schakelstroomrimpelingen
Voor het schakelen bestaan rimpelingen theoretisch en feitelijk. Er zijn drie manieren om dit te onderdrukken of te verminderen:
1. Verhoog de inductantie en filtering van de uitgangscondensator
Volgens de formule van de schakelende voeding worden de huidige fluctuatiegrootte en de inductiewaarde van de inductieve inductie omgekeerd evenredig, en zijn de uitgangsrimpels en uitgangscondensatoren omgekeerd evenredig. Daarom kan het vergroten van elektrische condensatoren en uitgangscondensatoren de rimpelingen verminderen.
De afbeelding hierboven is de huidige golfvorm in de schakelende voedingsinductor L. De rimpelstroom △ i kan worden berekend met de volgende formule:
Het is duidelijk dat het verhogen van de L-waarde of het verhogen van de schakelfrequentie de stroomfluctuaties in de inductantie kan verminderen.
Op dezelfde manier 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 het gebruik van aluminium elektrolytische condensatoren voor de uitgangscapaciteit om het doel van grote capaciteit te bereiken. Elektrolytische condensatoren zijn echter niet erg effectief in het onderdrukken van hoogfrequente ruis, en de ESR is relatief groot, dus er zal een keramische condensator naast worden aangesloten om het gebrek aan elektrolytische condensatoren van aluminium te compenseren.
Tegelijkertijd, wanneer de voeding werkt, blijft de spanning VIN van de ingangsterminal ongewijzigd, maar verandert de stroom met de schakelaar. Op dit moment levert de ingangsvoeding geen stroombron, meestal in de buurt van de huidige ingangsterminal (als we het buck-type als voorbeeld nemen, bevindt deze zich in de buurt van de schakelaar), en verbindt de capaciteit om stroom te leveren.
Na het toepassen van deze tegenmaatregel wordt de voeding van de Buck-schakelaar weergegeven in de onderstaande afbeelding:
De bovenstaande aanpak is beperkt tot het verminderen van rimpelingen. Vanwege de volumelimiet 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; de verhoging van de schakelfrequentie zal het schakelverlies vergroten. Dus als de eisen streng zijn, is deze methode niet erg goed.
Voor de principes van schakelende voeding kunt u verschillende ontwerphandleidingen voor schakelende voeding raadplegen.
2. Bij filteren op twee niveaus worden LC-filters op het eerste niveau toegevoegd
Het remmende effect van het LC-filter op de ruisrimpel is relatief duidelijk. Afhankelijk van de rimpelfrequentie die moet worden verwijderd, selecteert u de juiste inductorcondensator om het filtercircuit te vormen. Over het algemeen kan het de rimpelingen goed verminderen. In dit geval moet u rekening houden met het bemonsteringspunt van de feedbackspanning. (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 stroomuitvoer een spanningsval in de inductantie optreden, wat resulteert in een afname van de uitgangsspanning van de voeding. En 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 systeeminstabiliteit kan veroorzaken.
3. Sluit na de uitvoer 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 hoeft het originele feedbacksysteem niet te veranderen, maar is ook het meest kosteneffectief en heeft het hoogste stroomverbruik.
Elke LDO heeft een indicator: de ruisonderdrukkingsverhouding. Het is een frequentie-DB-curve, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding is de curve van LT3024 LT3024.
Na LDO is de schakelrimpel doorgaans lager dan 10 mV. De volgende afbeelding is de vergelijking van rimpelingen voor en na LDO:
Vergeleken met de curve van de figuur hierboven en de golfvorm aan de linkerkant, is te zien dat het remmende effect van LDO erg goed is voor de schakelrimpels van honderden KHz. Maar binnen een hoog frequentiebereik is het effect van de LDO niet zo ideaal.
Rimpelingen verminderen. De PCB-bedrading van de schakelende voeding is ook van cruciaal belang. Voor hoogfrequente ruis is het effect, vanwege de hoge frequentie van de hoge frequentie, weliswaar niet duidelijk. Er zijn speciale onderzoeken op dit gebied. De eenvoudige aanpak is om de diode en de capaciteit C of RC te gebruiken, of de inductantie in serie aan te sluiten.
De bovenstaande afbeelding is een equivalent circuit van de eigenlijke diode. Wanneer de diode een hoge snelheid heeft, moeten parasitaire parameters in aanmerking worden genomen. Tijdens het omgekeerde herstel van de diode werden de equivalente inductie en de equivalente capaciteit een RC-oscillator, die hoogfrequente oscillaties genereerde. 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 is 4,7PF-2,2NF.
De capaciteit C of RC op de diode C of RC kan door herhaalde tests worden bepaald. Als het niet goed is geselecteerd, zal het ernstigere oscillaties veroorzaken.
Posttijd: 08-08-2023
