Tętnienie zasilania i współczynnik tętnienia
Główną funkcją zasilacza jest dostarczanie energii elektrycznej do produktów elektronicznych, ale nieuchronnie wprowadzi on tętnienia, szumy itp. podczas zasilania, co zmniejszy stabilność i niezawodność układu elektronicznego, a nawet całego produktu.
Tętnienia napięcia mogą znacznie wpływać na różne obwody zasilania, takie jak obwód konwersji A/D, obwód wzmacniacza operacyjnego, obwód filtra prostownika itp. Typowe zastosowania wiążą się z następującymi zagrożeniami:
Generowane są nieoczekiwane harmoniczne powodujące wypadki spowodowane przepięciami lub przetężeniami; zwiększyć dodatkowe straty i zmniejszyć wydajność i wykorzystanie sprzętu elektrycznego;
Spraw, aby sprzęt działał nienormalnie, przyspieszaj starzenie i skracaj żywotność; powodować, że zabezpieczenia przekaźników, urządzenia automatyczne, systemy komputerowe i inne urządzenia działają nieprawidłowo lub nie działają normalnie;
Spraw, aby przyrządy pomiarowe i pomiarowe odchylały się; zakłócać działanie systemów komunikacyjnych, obniżać jakość transmisji sygnału, a nawet uszkadzać sprzęt komunikacyjny.
Dlatego przy projektowaniu produktów elektronicznych konieczne jest dokładne zmierzenie tętnienia i stłumienie tętnienia w określonym zakresie.
1 Tętnienie zasilania i współczynnik tętnienia
Ściśle mówiąc, stabilizowany zasilacz składa się z czterech części: transformatora mocy, obwodu prostownika, obwodu filtra i obwodu stabilizatora napięcia. Ponieważ DC-DC można również uznać za stabilizowany zasilacz, obwód prostownika, obwód filtra i obwód stabilizowanego napięcia są uważane za niezbędne trzy części stabilizowanego źródła zasilania [1].
Obwód prostownika wykorzystuje jednokierunkowe urządzenia przewodzące do przekształcania prądu przemiennego w pulsujący prąd stały. Pulsujący prąd stały nie jest gładki i zawiera dużą ilość prądu przemiennego.
Obwód filtra wykorzystuje element magazynujący energię do przekształcania pulsującego prądu stałego na stosunkowo płaski prąd stały. Ze względu na różną wydajność obwodu filtra, chociaż większość składników prądu przemiennego można odfiltrować, nie można ich całkowicie odfiltrować.
Układ stabilizacji napięcia po prostowaniu i filtrowaniu wykorzystuje funkcję regulacji układu do stabilizacji napięcia wyjściowego i zredukowania składowej AC do minimum. Ta składowa AC, której nie można całkowicie odfiltrować przy stabilnym napięciu wyjściowym, nazywana jest napięciem tętnienia.
W celu scharakteryzowania działania filtra zasilacza regulowanego DC wprowadzono pojęcie współczynnika tętnienia [2-3]. Zdefiniuj współczynnik tętnienia ψ jako procentową wartość efektywnej wartości napięcia tętnienia Vr i wyjściowego napięcia stałego Vo, a mianowicie:
Współczynnik tętnienia jest ważnym wskaźnikiem do oceny stabilnej i czystej mocy wyjściowej zasilacza prądu stałego. Zgodnie z powyższym wzorem widać, że należy zmierzyć napięcie tętnienia, aby znaleźć współczynnik tętnienia.
2 Pomiar tętnienia zasilania
Dokładny pomiar tętnień zasilania zazwyczaj wymaga dwóch przyrządów, a mianowicie elektronicznego obciążenia (obciążenie elektroniczne) i cyfrowego oscyloskopu z pamięcią (Digital Storage Oscilloscope, DSO).
Obciążenie elektroniczne jest wygodne do regulacji prądu i generalnie jest ustawione w trybie stałej rezystancji (CR); cyfrowy oscyloskop z pamięcią może bezpośrednio rejestrować cały przebieg tętnienia, przechowywać go i wzmacniać oraz odczytywać wartość tętnienia. Zastąp odczyt oscyloskopu we wzorze, aby uzyskać współczynnik tętnienia.
Podczas pomiaru należy zwrócić uwagę na następujące dwa punkty (te dwa punkty są szczególnie ważne dla dokładności wyników pomiaru):
(1) Przewód uziemiający sondy cyfrowego oscyloskopu z pamięcią musi zostać odłączony i zastąpiony kołkiem uziemiającym w zespole sondy. Może to zapobiec sprzężeniu pętli uziemienia z szumem EMI i sprawić, że wynik pomiaru będzie niedokładny.
Przewód uziemiający sondy jest zbyt długi, a obszar pętli jest zbyt duży, tworząc antenę odbiorczą, zakłócenia o wysokiej częstotliwości lub zakłócenia EMI zostaną połączone z mierzonym sygnałem.
(2) Sam oscyloskop cyfrowy musi dostosować ustawienia.
Cyfrowy oscyloskop z pamięcią musi mieć dobre uziemienie, aby dodatkowo odfiltrować zakłócenia dodawane przez zasilacz; użyj sprzężenia AC cyfrowego oscyloskopu z pamięcią, aby zablokować prąd stały, dzięki czemu test tętnienia jest bardziej intuicyjny i dokładny;
Ogólny test tętnienia wymaga ograniczenia częstotliwości poniżej 20 MHz, więc oscyloskop cyfrowy powinien otworzyć limit szerokości pasma 20 MHz, aby wyizolować szum o wysokiej częstotliwości.
3 Metody tłumienia tętnienia zasilania
Zasadniczo istnieją cztery metody tłumienia tętnienia napięcia wyjściowego regulowanego zasilacza: metoda filtrowania RLC, metoda filtrowania w trybie wspólnym, metoda filtrowania ferrytowego pierścienia magnetycznego i kombinacja trzech metod.
Obwód filtra do tłumienia tętnień zasilania DC-DC jest demonstrowany poprzez weryfikację eksperymentalną. W eksperymencie weryfikacyjnym wybrano zasilacz DC-DC o mocy 100 W z wejściem 48 V i wyjściem 5 V, a model to SD-100C-5 firmy Meanwell.
Oscyloskop cyfrowy wybiera GDS{0}}B firmy GWINSTEK, szerokość pasma wynosi 70 MHz, częstotliwość próbkowania 1GSa/s, a głębokość przechowywania każdego kanału wynosi 10M.
Obciążenie elektroniczne to PEL{{0}} firmy GWINSTEK, zakres napięcia to 1,5V~150V, zakres prądu to 0~35A, a moc to 175W.
Zgodnie z tymi obliczeniami prąd w obwodzie wynosi 20 A. Rysunek 3 to schemat blokowy połączeń testu tętnienia mocy.
Aby efekt tłumienia tętnień zasilania był bardziej intuicyjny i oczywisty, obwód filtra SD-100C-5 jest najpierw zwierany i mierzone jest tętnienie jego napięcia wyjściowego. Można uzyskać, że tętnienie zasilania wynosi w przybliżeniu 85,6 mVpp, a wartość skuteczna to 48,2 mVrms.
