Faktor zvlnění a napájení
Hlavní funkcí napájecího zdroje je poskytovat elektrickou energii pro elektronické výrobky, ale nevyhnutelně během napájení způsobí zvlnění, šum atd., což sníží stabilitu a spolehlivost elektronického systému a dokonce i celého výrobku.
Zvlnění napětí může výrazně ovlivnit různé obvody napájecího zdroje, jako je obvod A/D převodu, obvod operačního zesilovače, obvod filtru usměrňovače atd. Běžné aplikace mají následující nebezpečí:
Vznikají neočekávané harmonické, které způsobují nehody způsobené přepětím nebo nadproudem; zvýšit dodatečné ztráty a snížit účinnost a využití elektrického zařízení;
Zajistěte, aby zařízení běželo abnormálně, urychlilo stárnutí a zkrátilo životnost; způsobit, že ochrana relé, automatická zařízení, počítačové systémy a další zařízení nefungují normálně nebo nefungují normálně;
Vychylovat měřicí a měřicí přístroje; 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 faktor zvlnění
Přísně vzato, stabilizovaný zdroj obsahuje čtyři části: výkonový transformátor, obvod usměrňovače, filtrační obvod a obvod stabilizátoru napětí. Protože DC-DC lze také považovat za stabilizovaný zdroj, jsou obvod usměrňovače, filtrační obvod a obvod stabilizovaného napětí považovány za nezbytné tři části stabilizovaného 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 střídavého proudu.
Filtrační obvod využívá prvek akumulace energie k přeměně pulzujícího stejnosměrného proudu na relativně plochý stejnosměrný proud. Vzhledem k různému výkonu filtračního obvodu lze sice většinu složek střídavého proudu odfiltrovat, ale nelze 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 při stabilním napěťovém výstupu zcela odfiltrovat, se nazývá zvlnění napětí.
Aby bylo možné charakterizovat výkon filtru stejnosměrného regulovaného napájecího zdroje, je zaveden koncept zvlnění [2-3]. Definujte koeficient zvlnění ψ jako procentuální hodnotu efektivní hodnoty napětí zvlnění Vr a výstupního DC napětí Vo, konkrétně:
Koeficient zvlnění je důležitým ukazatelem pro hodnocení stabilního a čistého výstupu stejnosměrného napájení. Podle výše uvedeného vzorce je vidět, že pro zjištění koeficientu zvlnění je potřeba změřit napětí zvlnění.
2 Měření zvlnění napájení
Přesné měření zvlnění napájení obecně vyžaduje dva přístroje, a to elektronickou zátěž (Electronic Load) a digitální paměťový osciloskop (Digital Storage Oscilloscope, DSO).
Elektronická zátěž je vhodná pro nastavení proudu a obecně je nastavena v režimu konstantního odporu (CR); digitální paměťový osciloskop může přímo zachytit celý průběh zvlnění, uložit a zesílit a načíst hodnotu zvlnění. Dosaďte do vzorce odečet osciloskopu, abyste získali faktor zvlnění.
Při měření musíte věnovat pozornost následujícím dvěma bodům (tyto dva body jsou důležité zejména pro přesnost výsledků měření):
(1) Zemnící vodič sondy digitálního paměťového osciloskopu musí být odpojen a nahrazen kolíkem zemnicí pružiny v sestavě sondy. Může zabránit spojení zemní smyčky do šumu EMI a způsobit nepřesnost výsledku měření.
Zemnící vodič sondy je příliš dlouhý a oblast smyčky je příliš velká, tvořící přijímací anténu, vysokofrekvenční rušení nebo EMI šum bude spojen s měřeným signálem.
(2) Digitální paměťový osciloskop sám potřebuje upravit nastavení.
Digitální paměťový osciloskop musí mít dobré uzemnění, aby dále odfiltroval nepořádek přidaný z napájecího zdroje; použijte AC vazbu digitálního paměťového osciloskopu k zablokování DC, takže test zvlnění je intuitivnější a přesnější;
Obecný test zvlnění vyžaduje omezení frekvence pod 20 MHz, takže digitální paměťový osciloskop by měl otevřít limit šířky pásma 20 MHz, aby izoloval vysokofrekvenční šum.
3 Metody pro potlačení zvlnění napájení
K 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 pro potlačení zvlnění DC-DC napájení. V ověřovacím experimentu je vybrán 100W DC-DC zdroj se 48V vstupem a 5V výstupem a model je SD-100C-5 od Meanwell.
Digitální paměťový osciloskop volí GDS{0}}B GWINSTEK, šířka pásma je 70 MHz, vzorkovací frekvence je 1GSa/s a hloubka úložiště každého kanálu je 10 M.
Elektronická zátěž je PEL{{0}} od GWINSTEK, rozsah napětí je 1,5V~150V, proudový rozsah je 0~35A a výkon je 175W.
Podle tohoto výpočtu je proud v obvodu 20A. Obrázek 3 je blokové schéma zapojení testu zvlnění napájení.
Aby byl účinek potlačení zvlnění napájecího zdroje intuitivnější a zjevnější, nejprve se zkratuje filtrační obvod SD-100C-5 a měří se zvlnění jeho výstupního napětí. Lze získat, že zvlnění napájecího zdroje je zhruba 85,6 mVpp a efektivní hodnota je 48,2 mVrms.
