Faktor zvlnenia a napájanie
Hlavnou funkciou napájacieho zdroja je poskytovať elektrickú energiu pre elektronické produkty, ale nevyhnutne spôsobí vlnenie, šum atď. počas napájania, čo zníži stabilitu a spoľahlivosť elektronického systému a dokonca aj celého produktu.
Zvlnenie napätia môže výrazne ovplyvniť rôzne obvody napájacieho zdroja, ako je obvod A/D prevodu, obvod operačného zosilňovača, obvod filtra usmerňovača atď. Bežné aplikácie majú nasledujúce nebezpečenstvá:
Vznikajú neočakávané harmonické, ktoré spôsobujú nehody spôsobené prepätím alebo nadprúdom; zvýšiť dodatočné straty a znížiť účinnosť a využitie elektrického zariadenia;
Zabezpečte abnormálny chod zariadenia, urýchlite starnutie a skráťte životnosť; spôsobiť, že ochrana relé, automatické zariadenia, počítačové systémy a iné zariadenia nefungujú normálne alebo nefungujú normálne;
Vychýliť meracie a meracie prístroje; zasahovať do komunikačných systémov, znižovať kvalitu prenosu signálu a dokonca poškodzovať komunikačné zariadenia.
Preto pri navrhovaní elektronických výrobkov je potrebné presne zmerať zvlnenie a potlačiť zvlnenie v určitom rozsahu.
1 Zvlnenie zdroja a faktor zvlnenia
Presne povedané, stabilizovaný zdroj obsahuje štyri časti: výkonový transformátor, obvod usmerňovača, filtračný obvod a obvod stabilizátora napätia. Keďže DC-DC možno považovať aj za stabilizovaný zdroj, obvod usmerňovača, filtračný obvod a obvod stabilizovaného napätia sa považujú za potrebné tri časti stabilizovaného zdroja [1].
Obvod usmerňovača využíva jednosmerné vodivé zariadenia na premenu striedavého prúdu na pulzujúci jednosmerný prúd. Pulzujúci jednosmerný prúd nie je hladký a obsahuje veľké množstvo striedavého prúdu.
Filtračný obvod využíva prvok akumulácie energie na premenu pulzujúceho jednosmerného prúdu na relatívne plochý jednosmerný prúd. Vzhľadom na rozdielny výkon filtračného obvodu je síce možné väčšinu zložiek striedavého prúdu odfiltrovať, nie je však možné ich úplne odfiltrovať.
Obvod stabilizácie napätia po usmernení a filtrácii využíva funkciu nastavenia obvodu na stabilizáciu výstupného napätia a zníženie striedavej zložky na minimum. Táto zložka striedavého prúdu, ktorú nemožno úplne odfiltrovať pri stabilnom výstupnom napätí, sa nazýva zvlnené napätie.
Aby sa charakterizoval výkon filtra jednosmerného regulovaného napájacieho zdroja, bol zavedený koncept koeficientu zvlnenia [2-3]. Definujte koeficient zvlnenia ψ ako percentuálnu hodnotu efektívnej hodnoty napätia zvlnenia Vr a výstupného jednosmerného napätia Vo, konkrétne:
Koeficient zvlnenia je dôležitým ukazovateľom na vyhodnotenie stabilného a čistého výkonu jednosmerného napájania. Podľa vyššie uvedeného vzorca je možné vidieť, že na zistenie koeficientu zvlnenia je potrebné zmerať napätie zvlnenia.
2 Meranie zvlnenia napájacieho zdroja
Presné meranie zvlnenia napájania si vo všeobecnosti vyžaduje dva prístroje, a to elektronickú záťaž (Electronic Load) a digitálny pamäťový osciloskop (Digital Storage Oscilloscope, DSO).
Elektronická záťaž je vhodná na nastavenie prúdu a vo všeobecnosti je nastavená v režime konštantného odporu (CR); digitálny pamäťový osciloskop dokáže priamo zachytiť celý priebeh zvlnenia, uložiť ho a zosilniť a prečítať hodnotu zvlnenia. Nahraďte údaj osciloskopu do vzorca, aby ste získali faktor zvlnenia.
Pri meraní musíte venovať pozornosť nasledujúcim dvom bodom (tieto dva body sú obzvlášť dôležité pre presnosť výsledkov merania):
(1) Uzemňovací vodič sondy digitálneho pamäťového osciloskopu musí byť odpojený a nahradený uzemňovacím pružinovým kolíkom v zostave sondy. Môže zabrániť prepojeniu uzemňovacej slučky do šumu EMI a spôsobiť nepresnosť výsledku merania.
Uzemňovací vodič sondy je príliš dlhý a oblasť slučky je príliš veľká, čo vytvára prijímaciu anténu, do meraného signálu sa pripojí vysokofrekvenčné rušenie alebo šum EMI.
(2) Samotný digitálny pamäťový osciloskop potrebuje upraviť nastavenia.
Digitálny pamäťový osciloskop musí mať dobré uzemnenie, aby mohol ďalej odfiltrovať neporiadok pridaný z napájacieho zdroja; použite AC prepojenie digitálneho pamäťového osciloskopu na blokovanie jednosmerného prúdu, vďaka čomu je test zvlnenia intuitívnejší a presnejší;
Všeobecný test zvlnenia vyžaduje, aby bola frekvencia obmedzená pod 20 MHz, takže digitálny pamäťový osciloskop by mal otvoriť limit šírky pásma 20 MHz, aby izoloval vysokofrekvenčný šum.
3 Metódy na potlačenie zvlnenia napájania
Na potlačenie zvlnenia výstupného napätia regulovaného napájacieho zdroja sa vo všeobecnosti používajú tieto štyri metódy: metóda filtrovania RLC, metóda filtrovania so spoločným režimom, metóda filtrovania feritovým magnetickým kruhom a kombinácia týchto troch metód.
Experimentálnym overením je demonštrovaný filtračný obvod na potlačenie zvlnenia DC-DC napájania. V overovacom experimente je zvolený 100W DC-DC zdroj so 48V vstupom a 5V výstupom a model je SD-100C-5 od Meanwell.
Digitálny pamäťový osciloskop vyberie GDS{0}}B GWINSTEK, šírka pásma je 70 MHz, vzorkovacia frekvencia je 1GSa/s a hĺbka ukladania každého kanála je 10M.
Elektronická záťaž je PEL{{0}} od GWINSTEK, rozsah napätia je 1,5V~150V, prúdový rozsah je 0~35A a výkon je 175W.
Podľa tohto výpočtu je prúd v obvode 20A. Obrázok 3 je bloková schéma zapojenia testu zvlnenia napájania.
Aby bol efekt potlačenia zvlnenia napájacieho zdroja intuitívnejší a zrejmejší, najprv sa skratuje filtračný obvod SD-100C{1}} a meria sa zvlnenie jeho výstupného napätia. Dá sa zistiť, že zvlnenie napájacieho zdroja je približne 85,6 mVpp a efektívna hodnota je 48,2 mVrms.
