خشکبار | یک مقاله تولید، اندازه گیری و سرکوب امواج قدرت سوئیچینگ را دریافت می کند

ریپل قدرت سوئیچینگ اجتناب ناپذیر است. هدف نهایی ما کاهش ریپل خروجی به سطح قابل تحمل است. اساسی ترین راه حل برای رسیدن به این هدف، اجتناب از تولید امواج است. اول از همه و علت

با سوئیچ سوئیچ، جریان در اندوکتانس L نیز در مقدار معتبر جریان خروجی به سمت بالا و پایین نوسان می کند. بنابراین، یک ریپل نیز وجود خواهد داشت که همان فرکانس سوئیچ در انتهای خروجی است. به طور کلی، امواج ریبر به این اشاره دارد که به ظرفیت خازن خروجی و ESR مربوط می شود. فرکانس این ریپل همانند منبع تغذیه سوئیچینگ با بازه ای از ده ها تا صدها کیلوهرتز است.

علاوه بر این، سوئیچ به طور کلی از ترانزیستورهای دوقطبی یا ماسفت استفاده می کند. مهم نیست کدام یک باشد، وقتی روشن و مرده است، زمان افزایش و کاهش وجود خواهد داشت. در این زمان هیچ صدایی در مدار وجود نخواهد داشت که همان زمان افزایش با زمان کاهش افزایش سوئیچ یا چند برابر و عموماً ده ها مگاهرتز باشد. به طور مشابه، دیود D در بازیابی معکوس است. مدار معادل مجموعه ای از خازن ها و سلف های مقاومتی است که باعث تشدید می شود و فرکانس نویز ده ها مگاهرتز است. این دو نویز عموماً نویز فرکانس بالا نامیده می شوند و دامنه آن معمولاً بسیار بزرگتر از ریپل است.

اگر مبدل AC / DC باشد، علاوه بر دو موج بالا (نویز)، نویز AC نیز وجود دارد. فرکانس فرکانس منبع تغذیه AC ورودی، حدود 50-60 هرتز است. همچنین یک نویز هم حالت وجود دارد، زیرا دستگاه برق بسیاری از منابع تغذیه سوئیچینگ از پوسته به عنوان رادیاتور استفاده می کند که ظرفیتی معادل تولید می کند.

اندازه گیری امواج قدرت سوئیچینگ

الزامات اساسی:

کوپلینگ با اسیلوسکوپ AC

محدودیت پهنای باند 20 مگاهرتز

سیم زمین پروب را جدا کنید

کوپلینگ 1.AC برای حذف ولتاژ DC superposition و به دست آوردن یک شکل موج دقیق است.

2. باز کردن محدودیت پهنای باند 20 مگاهرتز برای جلوگیری از تداخل نویز فرکانس بالا و جلوگیری از خطا است. از آنجایی که دامنه ترکیب فرکانس بالا زیاد است، هنگام اندازه گیری باید حذف شود.

3. گیره زمین پروب اسیلوسکوپ را جدا کنید و از اندازه گیری زمین برای کاهش تداخل استفاده کنید. بسیاری از بخش ها حلقه های زمینی ندارند. اما هنگام قضاوت در مورد واجد شرایط بودن آن، این عامل را در نظر بگیرید.

نکته دیگر استفاده از ترمینال 50Ω است. طبق اطلاعات اسیلوسکوپ، ماژول 50Ω برای حذف مولفه DC و اندازه گیری دقیق مولفه AC است. با این حال، تعداد کمی اسیلوسکوپ با چنین پروب های ویژه ای وجود دارد. در بیشتر موارد، استفاده از پروب های 100kΩ تا 10MΩ استفاده می شود که به طور موقت نامشخص است.

موارد فوق اقدامات احتیاطی اساسی هنگام اندازه گیری ریپل سوئیچینگ است. اگر پروب اسیلوسکوپ مستقیماً در معرض نقطه خروجی قرار نگیرد، باید با خطوط پیچ خورده یا کابل های کواکسیال 50Ω اندازه گیری شود.

هنگام اندازه‌گیری نویز با فرکانس بالا، باند کامل اسیلوسکوپ معمولاً صدها مگا تا گیگاهرتز است. سایر موارد مشابه موارد فوق هستند. شاید شرکت های مختلف روش های تست متفاوتی داشته باشند. در تجزیه و تحلیل نهایی، شما باید از نتایج آزمایش خود مطلع شوید.

درباره اسیلوسکوپ:

برخی از اسیلوسکوپ های دیجیتال به دلیل تداخل و عمق ذخیره سازی نمی توانند امواج را به درستی اندازه گیری کنند. در این زمان اسیلوسکوپ باید تعویض شود. گاهی اوقات اگرچه پهنای باند اسیلوسکوپ شبیه سازی قدیمی فقط ده ها مگا است، عملکرد بهتر از اسیلوسکوپ دیجیتال است.

مهار امواج برق سوئیچینگ

برای سوئیچینگ امواج، از لحاظ نظری و واقعی وجود دارد. سه راه برای سرکوب یا کاهش آن وجود دارد:

1. اندوکتانس و فیلتر خازن خروجی را افزایش دهید

با توجه به فرمول منبع تغذیه سوئیچینگ، اندازه نوسان جریان و مقدار اندوکتانس اندوکتانس القایی نسبت معکوس می‌شود و امواج خروجی و خازن‌های خروجی نسبت عکس دارند. بنابراین افزایش خازن های الکتریکی و خروجی می تواند امواج را کاهش دهد.

تصویر بالا شکل موج جریان در سلف منبع تغذیه سوئیچینگ L است. جریان موج دار آن △ i را می توان از فرمول زیر محاسبه کرد:

مشاهده می شود که افزایش مقدار L یا افزایش فرکانس سوئیچینگ می تواند نوسانات جریان در اندوکتانس را کاهش دهد.

به طور مشابه، رابطه بین امواج خروجی و خازن های خروجی: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). مشاهده می شود که افزایش مقدار خازن خروجی می تواند ریپل را کاهش دهد.

روش معمول استفاده از خازن های الکترولیتی آلومینیومی برای ظرفیت خروجی برای دستیابی به هدف ظرفیت بزرگ است. با این حال، خازن های الکترولیتی در سرکوب نویز فرکانس بالا چندان مؤثر نیستند و ESR نسبتاً بزرگ است، بنابراین یک خازن سرامیکی را در کنار آن وصل می کند تا کمبود خازن های الکترولیتی آلومینیومی را جبران کند.

در همان زمان، هنگامی که منبع تغذیه کار می کند، VIN ولتاژ ترمینال ورودی بدون تغییر است، اما جریان با سوئیچ تغییر می کند. در این زمان، منبع تغذیه ورودی، معمولاً در نزدیکی ترمینال ورودی جریان، جریان خوبی را ارائه نمی‌کند (به عنوان مثال، نوع buck نزدیک سوئیچ است)، و ظرفیت خازن را برای تأمین جریان وصل می‌کند.

پس از اعمال این اقدام متقابل، منبع تغذیه سوئیچ باک در شکل زیر نشان داده شده است:

روش فوق محدود به کاهش امواج است. به دلیل محدودیت حجم، اندوکتانس خیلی زیاد نخواهد بود. خازن خروجی تا حدی افزایش می یابد و هیچ اثر آشکاری در کاهش امواج وجود ندارد. افزایش فرکانس سوئیچینگ باعث افزایش تلفات سوئیچ می شود. بنابراین وقتی الزامات سخت گیرانه باشد، این روش خیلی خوب نیست.

برای اصول منبع تغذیه سوئیچینگ می توانید به انواع کتابچه راهنمای طراحی پاور سوئیچینگ مراجعه کنید.

2. فیلتر دو سطحی برای افزودن فیلترهای LC سطح اول است

اثر بازدارندگی فیلتر LC بر موج نویز نسبتاً آشکار است. با توجه به فرکانس ریپلی که باید حذف شود، خازن سلف مناسب را برای تشکیل مدار فیلتر انتخاب کنید. به طور کلی، می تواند امواج را به خوبی کاهش دهد. در این مورد، باید نقطه نمونه برداری ولتاژ فیدبک را در نظر بگیرید. (همانطور که در زیر نشان داده شده است)

نقطه نمونه برداری قبل از فیلتر LC (PA) انتخاب می شود و ولتاژ خروجی کاهش می یابد. از آنجایی که هر اندوکتانسی دارای مقاومت DC است، هنگامی که جریان خروجی وجود داشته باشد، افت ولتاژ در اندوکتانس ایجاد می شود و در نتیجه ولتاژ خروجی منبع تغذیه کاهش می یابد. و این افت ولتاژ با جریان خروجی تغییر می کند.

نقطه نمونه برداری بعد از فیلتر LC (PB) انتخاب می شود تا ولتاژ خروجی ولتاژ مورد نظر ما باشد. با این حال، یک اندوکتانس و یک خازن در داخل سیستم قدرت وارد شده است که ممکن است باعث ناپایداری سیستم شود.

3. پس از خروجی منبع تغذیه سوئیچینگ، فیلتر LDO را وصل کنید

این موثرترین راه برای کاهش امواج و نویز است. ولتاژ خروجی ثابت است و نیازی به تغییر سیستم بازخورد اصلی ندارد، اما همچنین مقرون به صرفه ترین و بیشترین مصرف برق است.

هر LDO یک نشانگر دارد: نسبت سرکوب نویز. این منحنی فرکانس DB است، همانطور که در شکل زیر منحنی LT3024 LT3024 نشان داده شده است.

پس از LDO، ریپل سوئیچینگ به طور کلی زیر 10 میلی ولت است. شکل زیر مقایسه امواج قبل و بعد از LDO است:

در مقایسه با منحنی شکل بالا و شکل موج سمت چپ، می توان دید که اثر بازدارندگی LDO برای امواج سوئیچینگ صدها کیلوهرتز بسیار خوب است. اما در محدوده فرکانس بالا، اثر LDO چندان ایده آل نیست.

امواج را کاهش دهید. سیم کشی PCB منبع تغذیه سوئیچینگ نیز حیاتی است. برای نویز با فرکانس بالا، به دلیل فرکانس زیاد فرکانس بالا، اگرچه فیلتر کردن پس از مرحله تأثیر خاصی دارد، اما اثر آشکار نیست. مطالعات خاصی در این زمینه وجود دارد. روش ساده این است که روی دیود و ظرفیت C یا RC قرار بگیرید یا سلف را به صورت سری وصل کنید.

شکل بالا یک مدار معادل دیود واقعی است. هنگامی که دیود سرعت بالایی دارد، پارامترهای انگلی باید در نظر گرفته شوند. در طول بازیابی معکوس دیود، اندوکتانس معادل و ظرفیت معادل به یک نوسانگر RC تبدیل شد و نوسان با فرکانس بالا را ایجاد کرد. به منظور سرکوب این نوسان فرکانس بالا، لازم است که ظرفیت خازنی C یا شبکه بافر RC را در هر دو انتهای دیود متصل کنید. مقاومت به طور کلی 10Ω-100 ω، و ظرفیت خازن 4.7PF-2.2NF است.

ظرفیت C یا RC روی دیود C یا RC را می توان با آزمایش های مکرر تعیین کرد. اگر به درستی انتخاب نشود باعث نوسان شدیدتر می شود.