Tętnienia zasilania i współczynnik tętnienia
Główną funkcją zasilacza jest dostarczanie energii elektrycznej do produktów elektronicznych, ale zasilacz nieuchronnie powoduje powstawanie tętnień, szumów itp., co zmniejsza stabilność i niezawodność systemu elektronicznego, a nawet całego produktu.
Tętnienia napięcia mogą znacząco wpływać na różne obwody zasilacza, takie jak obwody konwersji A/C, obwody wzmacniacza operacyjnego, obwody filtra prostownika itp. Typowe zastosowania wiążą się z następującymi zagrożeniami:
Generuj niepożądane harmoniczne, powodując przepięcie lub przetężenie powodujące wypadki; zwiększyć dodatkowe straty oraz zmniejszyć wydajność i wykorzystanie sprzętu elektrycznego;
Powodować nieprawidłowe działanie sprzętu, przyspieszać starzenie się i skracać żywotność; powodować nieprawidłowe działanie zabezpieczeń przekaźników, urządzeń automatycznych, systemów komputerowych i innego sprzętu;
Może powodować odchylenia w przyrządach pomiarowych i pomiarowych; zakłócać działanie systemów komunikacyjnych, obniżać jakość transmisji sygnału, a nawet uszkadzać sprzęt komunikacyjny.
Dlatego przy projektowaniu produktów elektronicznych konieczne jest dokładne zmierzenie tętnienia i tłumienie tętnienia w określonym zakresie.
1 Tętnienia zasilania i współczynnik tętnienia
Ściśle mówiąc, zasilacz regulowany składa się z czterech części: transformatora mocy, obwodu prostownika, obwodu filtra i obwodu stabilizacji napięcia. Ponieważ DC-DC można również uznać za zasilacz regulowany, obwód prostownika, obwód filtra i obwód stabilizacji napięcia są uważane za trzy niezbędne części zasilacza regulowanego [1].
Obwód prostownika wykorzystuje jednokierunkowe urządzenia przewodzące do konwersji prądu przemiennego na pulsujący prąd stały. Pulsujący prąd stały nie jest gładki i zawiera dużą ilość składników prądu przemiennego.
Obwód filtra wykorzystuje elementy magazynujące energię do przekształcania pulsującego prądu stałego na stosunkowo płaską moc prądu stałego. Ze względu na różną wydajność obwodu filtra, chociaż może on odfiltrować większość komponentów prądu przemiennego, nie może go całkowicie odfiltrować.
Obwód stabilizujący napięcie po prostowaniu i filtrowaniu wykorzystuje funkcję regulacji obwodu w celu stabilizacji napięcia wyjściowego i ograniczenia składowej AC do minimum. Ten składnik prądu przemiennego, którego nie można całkowicie odfiltrować wraz ze stabilnym napięciem wyjściowym, nazywany jest napięciem tętniącym.
W celu scharakteryzowania wydajności filtrowania zasilacza regulowanego prądem stałym wprowadzono pojęcie współczynnika tętnienia [2-3). Współczynnik tętnienia ψ definiuje się jako wartość procentową wartości skutecznej napięcia tętnienia Vr i wyjściowego napięcia stałego Vo, czyli:
Współczynnik tętnienia jest ważnym wskaźnikiem oceny stabilnej i czystej mocy wyjściowej zasilacza prądu stałego. Zgodnie z powyższym wzorem można zauważyć, że aby znaleźć współczynnik tętnienia, należy zmierzyć napięcie tętnienia.
2 Pomiar tętnienia zasilania
Dokładny pomiar tętnienia zasilania zazwyczaj wymaga dwóch przyrządów, a mianowicie obciążenia elektronicznego (obciążenia elektronicznego) i oscyloskopu cyfrowego (DSO).
Obciążenia elektroniczne ułatwiają regulację prądu i zazwyczaj są ustawiane w trybie stałej rezystancji (CR); Oscyloskopy cyfrowe mogą bezpośrednio rejestrować cały przebieg tętnienia, przechowywać, wzmacniać i odczytywać wartość tętnienia. Zastąp odczyt oscyloskopu we wzorze, aby uzyskać współczynnik tętnienia.
Podczas pomiaru należy zwrócić uwagę na dwa następujące punkty (te dwa punkty są szczególnie ważne dla dokładności wyników pomiaru):
(1) Przewód uziemiający sondy oscyloskopu cyfrowego musi zostać odłączony i zamiast tego należy zastosować kołek uziemiający w zespole sondy. Może zapobiegać sprzężeniu pętli masy z szumem EMI, powodując niedokładność wyników pomiarów.
Przewód uziemiający sondy jest za długi, a powierzchnia pętli za duża, co tworzy antenę odbiorczą i powoduje łączenie zakłóceń o wysokiej częstotliwości lub szumów EMI z mierzonym sygnałem.
(2) Sam oscyloskop cyfrowy musi dostosować swoje ustawienia.
Oscyloskop cyfrowy musi być dobrze uziemiony, aby lepiej odfiltrować szum dodawany po stronie zasilacza; użyj sprzężenia AC oscyloskopu cyfrowego, aby zablokować prąd stały, dzięki czemu test tętnienia będzie bardziej intuicyjny i dokładny;
Ogólne testy tętnienia wymagają ograniczenia częstotliwości poniżej 20 MHz, dlatego cyfrowy oscyloskop z pamięcią powinien otworzyć limit pasma 20 MHz, aby wyizolować szum o wysokiej częstotliwości.
3 metody tłumienia tętnień zasilania
Aby stłumić tętnienia napięcia wyjściowego regulowanego zasilacza, ogólnie przyjmuje się następujące cztery metody: metoda filtrowania RLC, metoda filtrowania w trybie wspólnym, metoda filtrowania z ferrytowym pierścieniem magnetycznym i kombinacja trzech metod.
Obwód filtra tłumiący tętnienia zasilania DC-DC został zademonstrowany w drodze weryfikacji eksperymentalnej. W eksperymencie weryfikacyjnym wybrano zasilacz DC-DC o mocy 100 W, wejście 48 V, wyjście 5 V, Model SD-100C-5 firmy Meanwell.
Cyfrowy oscyloskop z pamięcią wybiera GDS-1072B firmy GWINSTEK o szerokości pasma 70 MHz, częstotliwości próbkowania 1GSa/s i głębokości przechowywania 10 M na kanał.
Obciążenie elektroniczne to PEL{{0}} firmy GWINSTEK, o zakresie napięć 1,5 V ~ 150 V, zakresie prądu 0 ~ 35 A i mocy 175 W.
Według tych obliczeń prąd w obwodzie wynosi 20A. Rysunek 3 przedstawia schemat blokowy połączeń testu tętnienia zasilania.
Aby efekt tłumienia tętnień zasilania był bardziej intuicyjny i oczywisty, należy najpierw zewrzeć obwód filtra SD-100C-5 i zmierzyć tętnienie jego napięcia wyjściowego. Z tego widać, że tętnienie zasilania wynosi około 85,6 mVpp, a wartość efektywna wynosi 48,2 mVrms.
