Пульсацыі пераключэння магутнасці непазбежныя. Наша канчатковая мэта — знізіць пульсацыі выхаднога сігналу да дапушчальнага ўзроўню. Найбольш фундаментальным рашэннем для дасягнення гэтай мэты з'яўляецца прадухіленне ўзнікнення пульсацый. Перш за ўсё, і прычына іх узнікнення.
Пры ўключэнні перамыкача ток у індуктыўнасці L таксама вагаецца ўверх і ўніз на дапушчальным значэнні выходнага току. Такім чынам, на выхадзе таксама будзе пульсацыя з той жа частатой, што і перамыкач. Звычайна пульсацыя рэбра азначае тое, што звязана з ёмістасцю выходнага кандэнсатара і ESR. Частата гэтай пульсацыі такая ж, як і ў імпульснага блока харчавання, і складае ад дзясяткаў да соцень кГц.
Акрамя таго, у камутатары звычайна выкарыстоўваюцца біпалярныя транзістары або MOSFET. Незалежна ад таго, які з іх выкарыстоўваецца, будзе час нарастання і памяншэння напружання, калі ён уключаны і выключаны. У гэты час у ланцугу не будзе шуму, які будзе супадаць з часам нарастання і памяншэння напружання камутатара або ў некалькі разоў большым, і звычайна складае дзясяткі МГц. Аналагічна, дыёд D знаходзіцца ў стане зваротнага аднаўлення. Эквівалентная схема ўяўляе сабой паслядоўнае злучэнне кандэнсатараў і індуктыўных шпулек, якія выклікаюць рэзананс, а частата шуму складае дзясяткі МГц. Гэтыя два шумы звычайна называюцца высокачастотным шумам, а іх амплітуда звычайна значна большая за пульсацыю.
Калі гэта пераўтваральнік пераменнага/пастаяннага току, акрамя двух вышэйзгаданых пульсацый (шуму), прысутнічае таксама шум пераменнага току. Частата — гэта частата ўваходнай крыніцы пераменнага току, каля 50-60 Гц. Таксама прысутнічае шум у рэжыме сомоду, таму што прылада харчавання многіх імпульсных крыніц харчавання выкарыстоўвае корпус у якасці радыятара, што стварае эквівалентную ёмістасць.
Вымярэнне пульсацый камутацыйнай магутнасці
Асноўныя патрабаванні:
Сувязь з асцылографам пераменнага току
Абмежаванне прапускной здольнасці 20 МГц
Адлучыце зазямляльны провад зонда
1. Злучэнне пераменнага току прызначана для выдалення суперпазіцыі пастаяннага напружання і атрымання дакладнай формы сігналу.
2. Адкрыццё абмежавання паласы прапускання 20 МГц прызначана для прадухілення перашкод высокачастотнага шуму і прадухілення памылак. Паколькі амплітуда высокачастотнага шуму вялікая, яе варта выдаляць пры вымярэнні.
3. Адключыце зазямляльны заціск ад зонда асцылографа і выкарыстоўвайце вымярэнне зазямлення, каб паменшыць перашкоды. У многіх аддзелах няма зазямляльных кольцаў. Але ўлічвайце гэты фактар пры ацэнцы адпаведнасці патрабаванням.
Яшчэ адзін момант - выкарыстоўваць клему 50 Ом. Згодна з інфармацыяй асцылографа, модуль 50 Ом прызначаны для выдалення пастаяннага кампанента і дакладнага вымярэння пераменнага кампанента. Аднак асцылографаў з такімі спецыяльнымі зондамі мала. У большасці выпадкаў выкарыстоўваюцца зонды ад 100 кОм да 10 МОм, што часова незразумела.
Вышэйзгаданыя меры засцярогі пры вымярэнні пульсацый пераключэння. Калі зонд асцылографа не падключаны непасрэдна да выхадной кропкі, яго варта вымяраць з дапамогай вітай лініі або кааксіяльнага кабеля 50 Ом.
Пры вымярэнні высокачастотнага шуму поўны дыяпазон асцылографа звычайна складае сотні мегагерц. Іншыя падобныя на вышэйзгаданыя. Магчыма, розныя кампаніі выкарыстоўваюць розныя метады выпрабаванняў. У канчатковым выніку вам неабходна ведаць вынікі сваіх выпрабаванняў.
Пра асцылограф:
Некаторыя лічбавыя асцылографы не могуць правільна вымяраць пульсацыі з-за перашкод і глыбіні памяці. У такім выпадку асцылограф неабходна замяніць. Часам, нягледзячы на тое, што прапускная здольнасць старога мадэлявальнага асцылографа складае ўсяго дзясяткі мегабайт, яго прадукцыйнасць лепшая за прадукцыйнасць лічбавага асцылографа.
Інгібіраванне пульсацый пераключэння магутнасці
Для пераключэння пульсацыі, тэарэтычна і рэальна, існуюць. Ёсць тры спосабы іх падавіць або паменшыць:
1. Павялічце індуктыўнасць і фільтрацыю выходнага кандэнсатара
Згодна з формулай імпульснага блока харчавання, велічыня ваганняў току і значэнне індуктыўнасці становяцца адваротна прапарцыйнымі, а выходныя пульсацыі і выходныя кандэнсатары адваротна прапарцыйныя. Такім чынам, павелічэнне электрычнай ёмістасці і выходных кандэнсатараў можа паменшыць пульсацыі.
На малюнку вышэй паказана форма току ў індуктыўнасці імпульснага блока харчавання L. Яго пульсацыі току △ i можна разлічыць па наступнай формуле:
Можна заўважыць, што павелічэнне значэння L або павелічэнне частаты пераключэння можа паменшыць ваганні току ў індуктыўнасці.
Падобным чынам, залежнасць паміж выходнымі пульсацыямі і выходнымі кандэнсатарамі: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Можна заўважыць, што павелічэнне значэння выходнага кандэнсатара можа паменшыць пульсацыі.
Звычайны метад заключаецца ў выкарыстанні алюмініевых электралітычных кандэнсатараў для выхадной ёмістасці, каб дасягнуць мэты вялікай ёмістасці. Аднак электралітычныя кандэнсатары не вельмі эфектыўныя ў падаўленні высокачастотнага шуму, а ESR адносна вялікі, таму побач з імі падключаецца керамічны кандэнсатар, каб кампенсаваць недахоп алюмініевых электралітычных кандэнсатараў.
У той жа час, калі крыніца харчавання працуе, напружанне VIN на ўваходным вывадзе не змяняецца, але сіла току змяняецца разам з перамыкачом. У гэты час крыніца харчавання не забяспечвае токавую крыніцу, звычайна яна знаходзіцца паблізу ўваходнага вываду току (напрыклад, паніжальнік сілкавання знаходзіцца паблізу перамыкача), і для забеспячэння току падключаецца ёмістасць.
Пасля ўжывання гэтай контрмеры крыніца харчавання з перамыкачом Buck паказана на малюнку ніжэй:
Вышэйапісаны падыход абмежаваны памяншэннем пульсацый. З-за абмежавання аб'ёму індуктыўнасць не будзе вельмі вялікай; ёмістасць выходнага кандэнсатара павялічваецца да пэўнай ступені, і няма відавочнага ўплыву на памяншэнне пульсацый; павелічэнне частаты пераключэння павялічвае страты пераключэння. Такім чынам, пры строгіх патрабаваннях гэты метад не вельмі добры.
Каб даведацца пра прынцыпы імпульснага сілкавання, можна звярнуцца да розных кіраўніцтваў па праектаванні імпульсных крыніц сілкавання.
2. Двухузроўневая фільтрацыя заключаецца ў даданні LC-фільтраў першага ўзроўню
Інгібіруючы эфект LC-фільтра на шумавыя пульсацыі даволі відавочны. У залежнасці ад частаты пульсацый, якія неабходна выдаліць, выбірайце адпаведны індуктыўны кандэнсатар для фарміравання схемы фільтра. Як правіла, гэта можа добра паменшыць пульсацыі. У гэтым выпадку неабходна ўлічваць кропку выбаркі напружання зваротнай сувязі. (Як паказана ніжэй)
Кропка выбаркі выбіраецца перад LC-фільтрам (PA), і выхадное напружанне будзе зніжацца. Паколькі любая індуктыўнасць мае супраціўленне пастаяннаму току, пры наяўнасці выхаднога току на індуктыўнасці будзе падзенне напружання, што прывядзе да зніжэння выхаднога напружання крыніцы харчавання. І гэта падзенне напружання змяняецца ў залежнасці ад выхаднога току.
Кропка выбаркі выбіраецца пасля LC-фільтра (PB), каб выхадное напружанне адпавядала патрэбнаму значэнню. Аднак у сістэму харчавання ўведзены індуктыўнасць і кандэнсатар, што можа прывесці да нестабільнасці сістэмы.
3. Пасля выхаду імпульснага блока харчавання падключыце фільтр LDO.
Гэта найбольш эфектыўны спосаб памяншэння пульсацый і шуму. Выхадная напруга пастаянная і не патрабуе змены зыходнай сістэмы зваротнай сувязі, але гэта таксама найбольш эканамічна выгадны спосаб з самым высокім энергаспажываннем.
Любы LDO мае індыкатар: каэфіцыент падаўлення шуму. Гэта крывая залежнасці частоты ад DB, як паказана на малюнку ніжэй, крывая LT3024.
Пасля LDO пульсацыі пераключэння звычайна ніжэй за 10 мВ. На наступным малюнку паказана параўнанне пульсацый да і пасля LDO:
У параўнанні з крывой на малюнку вышэй і формай хвалі злева відаць, што інгібіруючы эфект LDO вельмі добры для пульсацый пераключэння ў сотні кГц. Але ў дыяпазоне высокіх частот эфект LDO не такі ідэальны.
Зніжэнне пульсацый. Падключэнне друкаванай платы імпульснага блока харчавання таксама мае вырашальнае значэнне. Пры высокачастотным шуме, з-за высокай частаты высокай частаты, пасляступенная фільтрацыя, хоць і мае пэўны эфект, эфект не відавочны. Існуюць спецыяльныя даследаванні на гэты конт. Просты падыход заключаецца ў тым, каб злучыць дыёд і ёмістасць C або RC, альбо падключыць індуктыўнасць паслядоўна.
Прыведзены вышэй малюнак — гэта эквівалентная схема рэальнага дыёда. Пры высокай хуткасці дыёда неабходна ўлічваць паразітныя параметры. Падчас зваротнага аднаўлення дыёда эквівалентная індуктыўнасць і эквівалентная ёмістасць ператвараюцца ў RC-генератар, генеруючы высокачастотныя ваганні. Каб падавіць гэтыя высокачастотныя ваганні, неабходна падключыць ёмістасць C або RC-буферную сетку да абодвух канцоў дыёда. Супраціўленне звычайна складае 10 Ом - 100 Ом, а ёмістасць — 4,7 ПФ - 2,2 НФ.
Ёмістасць C або RC на дыёдзе C або RC можна вызначыць шляхам паўторных выпрабаванняў. Калі яна выбрана няправільна, гэта выкліча больш моцныя ваганні.
Час публікацыі: 08 ліпеня 2023 г.
