Zvlnění zdroje a koeficient zvlnění
Hlavní funkcí napájecího zdroje je poskytovat elektrickou energii pro elektronické produkty, ale napájecí zdroj nevyhnutelně způsobí zvlnění, šum atd., což sníží stabilitu a spolehlivost elektronického systému a dokonce i celého produktu.
Zvlnění napětí může značně ovlivnit různé obvody napájecího zdroje, jako jsou obvody A/D převodu, obvody operačního zesilovače, obvody filtrů usměrňovače atd. Běžné aplikace mají následující nebezpečí:
Generovat nežádoucí harmonické, způsobující přepětí nebo nadproud způsobující nehody; zvýšit dodatečné ztráty a snížit účinnost a využití elektrických zařízení;
Způsobit abnormální provoz zařízení, urychlit stárnutí a zkrátit životnost; způsobit, že ochrana relé, automatická zařízení, počítačové systémy a další zařízení budou fungovat abnormálně nebo nebudou fungovat normálně;
Může způsobit odchylky v měřicích a měřicích přístrojích; zasahovat do komunikačních systémů, snižovat kvalitu přenosu signálu a dokonce poškozovat komunikační zařízení.
Proto je při navrhování elektronických výrobků nutné přesně změřit zvlnění a potlačit zvlnění v určitém rozsahu.
1 Zvlnění zdroje a koeficient zvlnění
Přísně vzato, regulovaný napájecí zdroj obsahuje čtyři části: výkonový transformátor, obvod usměrňovače, filtrační obvod a obvod stabilizace napětí. Vzhledem k tomu, že DC-DC lze také považovat za regulovaný napájecí zdroj, jsou obvod usměrňovače, filtrační obvod a obvod stabilizace napětí považovány za tři nezbytné části regulovaného napájecího zdroje [1].
Obvod usměrňovače používá jednosměrná vodivá zařízení k přeměně střídavého proudu na pulzující stejnosměrný proud. Pulzující stejnosměrný proud není hladký a obsahuje velké množství střídavých složek.
Filtrační obvod využívá komponenty pro ukládání energie k přeměně pulzujícího stejnosměrného výkonu na relativně plochý stejnosměrný výkon. Vzhledem k odlišnému výkonu filtračního obvodu sice dokáže odfiltrovat většinu střídavých složek, ale nedokáže je zcela odfiltrovat.
Obvod stabilizace napětí po usměrnění a filtraci využívá funkci nastavení obvodu ke stabilizaci výstupního napětí a snížení střídavé složky na minimum. Tato střídavá složka, kterou nelze zcela odfiltrovat spolu se stabilním napěťovým výstupem, se nazývá zvlnění napětí.
Aby bylo možné charakterizovat výkon filtrování stejnosměrně regulovaného napájecího zdroje, je zaveden koncept zvlnění [2-3]. Koeficient zvlnění ψ je definován jako procentuální hodnota efektivní hodnoty napětí zvlnění Vr a výstupního stejnosměrného napětí Vo, tj.
Koeficient zvlnění je důležitým ukazatelem pro hodnocení stabilního a čistého výkonu stejnosměrného zdroje. Podle výše uvedeného vzorce je vidět, že pro zjištění koeficientu zvlnění je potřeba změřit napětí zvlnění.
2 Měření zvlnění napájení
Přesné měření zvlnění napájecího zdroje obecně vyžaduje dva přístroje, a to elektronickou zátěž (Electronic Load) a digitální paměťový osciloskop (DSO).
Elektronické zátěže usnadňují nastavení proudu a jsou obecně nastaveny v režimu konstantního odporu (CR); digitální paměťové osciloskopy mohou přímo zachytit celý průběh zvlnění, uložit, zesílit a přečíst hodnotu zvlnění. Nahraďte údaje z osciloskopu do vzorce, abyste získali koeficient zvlnění.
Při měření musíte věnovat pozornost následujícím dvěma bodům (tyto dva body jsou zvláště důležité pro přesnost výsledků měření):
(1) Zemnící vodič sondy digitálního paměťového osciloskopu musí být odpojen a místo toho musí být použit zemnicí kolík v sestavě sondy. Může zabránit tomu, aby se zemní smyčky napojily na šum EMI, takže výsledky měření jsou nepřesné.
Zemnící vodič sondy je příliš dlouhý a oblast smyčky je příliš velká, tvoří přijímací anténu a způsobuje, že se do měřeného signálu naváže vysokofrekvenční rušení nebo EMI šum.
(2) Digitální paměťový osciloskop sám potřebuje upravit svá nastavení.
Digitální paměťový osciloskop musí být dobře uzemněn, aby se dále odfiltroval šum přidaný z konce napájecího zdroje; použijte AC vazbu digitálního paměťového osciloskopu k blokování stejnosměrného proudu, díky čemuž je test zvlnění intuitivnější a přesnější;
Obecné testování zvlnění vyžaduje omezení frekvence pod 20 MHz, takže digitální paměťový osciloskop by měl otevřít limit šířky pásma 20 MHz, aby izoloval vysokofrekvenční šum.
3 způsoby, jak potlačit vlnění napájení
Pro potlačení zvlnění výstupního napětí regulovaného napájecího zdroje se obecně používají následující čtyři metody: metoda filtrování RLC, metoda filtrování se společným režimem, metoda filtrování feritovým magnetickým prstencem a kombinace těchto tří metod.
Experimentálním ověřením je demonstrován filtrační obvod, který potlačuje zvlnění DC-DC napájení. V ověřovacím experimentu byl vybrán 100W DC-DC zdroj, 48V vstup, 5V výstup, Model SD-100C-5 od Meanwell.
Digitální paměťový osciloskop volí GDS{0}}B společnosti GWINSTEK se šířkou pásma 70 MHz, vzorkovací frekvencí 1GSa/s a hloubkou úložiště 10 M na kanál.
Elektronická zátěž je PEL{{0}} od GWINSTEK, s rozsahem napětí 1,5V~150V, proudovým rozsahem 0~35A a výkonem 175W.
Podle tohoto výpočtu je proud v obvodu 20A. Obrázek 3 ukazuje blokové schéma zapojení testu zvlnění napájecího zdroje.
Aby byl účinek potlačení zvlnění napájecího zdroje intuitivnější a zjevnější, nejprve zkratujte obvod filtru SD-100C-5 a změřte zvlnění jeho výstupního napětí. Z toho je vidět, že zvlnění zdroje je přibližně 85,6 mVpp a efektivní hodnota je 48,2 mVrms.
