Kytkentätehon ripple on väistämätön. Perimmäisenä tavoitteenamme on vähentää lähtörippeli siedettävälle tasolle. Perustavanlaatuisin ratkaisu tämän tavoitteen saavuttamiseksi on välttää ripplejen syntymistä. Ensinnäkin ja syy.
Kytkimen kytkimen myötä induktanssin L virta vaihtelee myös ylös ja alas lähtövirran kelvollisen arvon mukaisesti. Siksi lähtöpäässä on myös saman taajuuden omaava aaltoilu kuin kytkimellä. Yleensä riberin aaltoilu viittaa tähän, ja se liittyy lähtökondensaattorin kapasiteettiin ja ESR:ään. Tämän aaltoilun taajuus on sama kuin kytkentävirtalähteellä, ja sen alue on kymmeniä - satoja kHz.
Lisäksi kytkimissä käytetään yleensä bipolaaritransistoreita tai MOSFET-transistoreita. Riippumatta siitä, kumpaa käytetään, on olemassa nousu- ja laskuaika, kun virta kytketään päälle ja pois päältä. Tällöin piirissä ei ole kohinaa, joka olisi sama kuin kytkimen nousu- ja laskuaika, tai useita kertoja, ja se on yleensä kymmeniä megahertsejä. Samoin diodi D on käänteisessä elpymisessä. Ekvivalenttipiiri koostuu vastuskondensaattoreiden ja induktorien sarjasta, jotka aiheuttavat resonanssia, ja kohinan taajuus on kymmeniä megahertsejä. Näitä kahta kohinaa kutsutaan yleensä korkeataajuiseksi kohinaksi, ja niiden amplitudi on yleensä paljon suurempi kuin aaltoilu.
Jos kyseessä on AC/DC-muunnin, edellä mainittujen kahden aaltoilun (kohinan) lisäksi esiintyy myös AC-kohinaa. Taajuus on tulovirtalähteen taajuus, noin 50–60 Hz. Lisäksi esiintyy yhteismoodikohinaa, koska monien kytkentävirtalähteiden virtalähde käyttää kuorta säteilijänä, joka tuottaa vastaavan kapasitanssin.
Kytkentätehon aaltoilun mittaus
Perusvaatimukset:
Kytkentä oskilloskooppiin AC
20 MHz:n kaistanleveysraja
Irrota anturin maadoitusjohto
1. AC-kytkentä poistaa superposition tasajännitteen ja saa tarkan aaltomuodon.
2. 20 MHz:n kaistanleveysrajan avaaminen estää korkeataajuisen kohinan aiheuttamat häiriöt ja virheet. Koska korkeataajuisen koostumuksen amplitudi on suuri, se on poistettava mittauksen aikana.
3. Irrota oskilloskoopin anturin maadoitusliitin ja käytä maadoitusmittausta häiriöiden vähentämiseksi. Monilla osastoilla ei ole maadoitusrenkaita. Ota tämä tekijä kuitenkin huomioon arvioidessasi laitteen kelpoisuutta.
Toinen vinkki on 50Ω-liittimen käyttö. Oskilloskoopin tietojen mukaan 50Ω-moduuli on tarkoitettu DC-komponentin poistamiseen ja AC-komponentin tarkkaan mittaamiseen. Kuitenkin tällaisilla erikoisantureilla varustettuja oskilloskooppeja on vähän. Useimmissa tapauksissa käytetään 100 kΩ - 10 MΩ antureita, mikä on toistaiseksi epäselvää.
Yllä olevat ovat perusvarotoimet kytkentäaaltoilun mittaamisessa. Jos oskilloskoopin anturi ei ole suoraan kosketuksissa lähtöpisteeseen, se tulisi mitata kierretyillä johdoilla tai 50Ω koaksiaalikaapeleilla.
Korkeataajuista kohinaa mitattaessa oskilloskoopin koko kaista on yleensä satojen mega- ja gigahertsien välillä. Muut ovat samoja kuin yllä. Eri yrityksillä voi olla erilaisia testausmenetelmiä. Viime kädessä sinun on tiedettävä testituloksesi.
Tietoja oskilloskoopista:
Jotkut digitaaliset oskilloskoopit eivät pysty mittaamaan aaltoilua oikein häiriöiden ja tallennussyvyyden vuoksi. Tällöin oskilloskooppi on vaihdettava. Joskus, vaikka vanhan simulaatio-oskilloskoopin kaistanleveys on vain kymmeniä megoja, suorituskyky on parempi kuin digitaalisen oskilloskoopin.
Kytkentätehon aaltoilun esto
Kytkentäaaltoja on sekä teoriassa että käytännössä olemassa. Niitä voidaan vaimentaa tai vähentää kolmella tavalla:
1. Lisää induktanssia ja lähtökondensaattorin suodatusta
Hakkurivirtalähteen kaavan mukaan virran vaihtelun koko ja induktiivisen induktanssin arvo ovat kääntäen verrannollisia, ja lähtöaaltoilu ja lähtökondensaattorit ovat kääntäen verrannollisia. Siksi sähkö- ja lähtökondensaattorien määrän lisääminen voi vähentää aaltoilua.
Yllä oleva kuva esittää kytkentävirtalähteen induktorin L virran aaltomuotoa. Sen ripple-virta △ i voidaan laskea seuraavalla kaavalla:
Voidaan nähdä, että L-arvon kasvattaminen tai kytkentätaajuuden lisääminen voi vähentää induktanssin virranvaihteluita.
Vastaavasti lähtöaaltojen ja lähtökondensaattoreiden välinen suhde on: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Voidaan nähdä, että lähtökondensaattorin arvon kasvattaminen voi vähentää aaltoilua.
Tavanomainen menetelmä on käyttää alumiinielektrolyyttikondensaattoreita lähtökapasitanssina suuren kapasiteetin saavuttamiseksi. Elektrolyyttikondensaattorit eivät kuitenkaan ole kovin tehokkaita korkeataajuisen kohinan vaimentamisessa, ja ESR on suhteellisen suuri, joten alumiinielektrolyyttikondensaattorien puutteen kompensoimiseksi niiden viereen kytketään keraaminen kondensaattori.
Samaan aikaan, kun virtalähde toimii, tuloliittimen jännite VIN pysyy muuttumattomana, mutta virta muuttuu kytkimen mukana. Tällöin tulovirtalähde ei syötä virtaa hyvin, yleensä virtatuloliittimen lähellä (esimerkiksi buck-tyyppinen liitin on lähellä kytkintä), ja se kytketään kapasitanssin avulla virran syöttämiseksi.
Tämän vastatoimenpiteen jälkeen Buck-kytkimen virtalähde on esitetty alla olevassa kuvassa:
Yllä oleva lähestymistapa rajoittuu aaltoilun vähentämiseen. Tilavuusrajoituksen vuoksi induktanssi ei ole kovin suuri; lähtökondensaattori kasvaa tiettyyn pisteeseen asti, eikä aaltoilun vähentämisessä ole selvää vaikutusta; kytkentätaajuuden kasvu lisää kytkentähäviötä. Joten kun vaatimukset ovat tiukat, tämä menetelmä ei ole kovin hyvä.
Hakkurivirtalähteen periaatteiden osalta voit tutustua erityyppisiin kytkentävirtalähteen suunnitteluoppaisiin.
2. Kaksitasoinen suodatus tarkoittaa ensimmäisen tason LC-suodattimien lisäämistä
LC-suodattimen estovaikutus kohinan aaltoiluun on suhteellisen ilmeinen. Valitse poistettavan aaltoilutaajuuden mukaan sopiva induktorikondensaattori suodatinpiirin muodostamiseksi. Yleensä se voi vähentää aaltoilua hyvin. Tässä tapauksessa sinun on otettava huomioon takaisinkytkentäjännitteen näytteenottokohta. (Kuten alla on esitetty)
Näytteenottopiste valitaan ennen LC-suodatinta (PA), ja lähtöjännitettä pienennetään. Koska millä tahansa induktanssilla on tasavirtavastus, virran lähdössä induktanssissa tapahtuu jännitehäviö, mikä johtaa virtalähteen lähtöjännitteen pienenemiseen. Ja tämä jännitehäviö muuttuu lähtövirran mukana.
Näytteenottokohta valitaan LC-suodattimen (PB) jälkeen siten, että lähtöjännite on haluttu. Sähköjärjestelmään kuitenkin syötetään induktanssi ja kondensaattori, mikä voi aiheuttaa järjestelmän epävakautta.
3. Kytke LDO-suodatus kytkentävirtalähteen lähdön jälkeen
Tämä on tehokkain tapa vähentää aaltoilua ja kohinaa. Lähtöjännite on vakio eikä alkuperäistä takaisinkytkentäjärjestelmää tarvitse muuttaa, mutta se on myös kustannustehokkain ja eniten virtaa kuluttava.
Jokaisella LDO:lla on osoitin: kohinanvaimennussuhde. Se on taajuus-DB-käyrä, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty LT3024:n käyrä.
LDO:n jälkeen kytkentäaaltoilu on yleensä alle 10 mV. Seuraava kuva on vertailu väreilyistä ennen LDO:ta ja sen jälkeen:
Verrattuna yllä olevan kuvan käyrään ja vasemmalla olevaan aaltomuotoon voidaan nähdä, että LDO:n estovaikutus on erittäin hyvä satojen kHz:ien kytkentävärähtelyille. Mutta korkealla taajuusalueella LDO:n vaikutus ei ole niin ihanteellinen.
Vähennä aaltoilua. Myös kytkentävirtalähteen piirilevyn johdotus on kriittistä. Korkeataajuisen kohinan osalta korkeataajuuksien suuri taajuus aiheuttaa sen, että jälkivaiheen suodatuksella on tietty vaikutus, mutta se ei ole ilmeinen. Tästä on olemassa erityisiä tutkimuksia. Yksinkertainen lähestymistapa on kytkeä diodi ja kapasitanssi C tai RC tai induktanssi sarjaan.
Yllä oleva kuva on diodin vastinpiiri. Kun diodi on nopea, on otettava huomioon loisparametrit. Diodin käänteisen palautumisen aikana vastininduktanssi ja vastinkapasitanssi toimivat RC-oskillaattorina, joka synnyttää korkeataajuista värähtelyä. Tämän korkeataajuisen värähtelyn vaimentamiseksi diodin molempiin päihin on kytkettävä kapasitanssi C tai RC-puskuriverkko. Vastus on yleensä 10Ω-100 ω ja kapasitanssi 4,7PF-2,2NF.
Diodin C tai RC kapasitanssi C tai RC voidaan määrittää toistuvilla testeillä. Jos sitä ei valita oikein, se aiheuttaa voimakkaampaa värähtelyä.
Julkaisun aika: 08.07.2023
