Пулсации на захранването и коефициент на пулсации
Основната функция на захранването е да осигурява електрическа енергия за електронни продукти, но захранването неизбежно ще доведе до вълни, шум и т.н., което ще намали стабилността и надеждността на електронната система и дори на целия продукт.
Пулсациите на напрежението могат значително да повлияят на различни вериги на захранването, като вериги за A/D преобразуване, вериги на операционен усилвател, вериги на токоизправителни филтри и т.н. Често срещаните приложения крият следните опасности:
Генерират нежелани хармоници, причиняващи пренапрежение или свръхток, за да причинят аварии; увеличаване на допълнителните загуби и намаляване на ефективността и използването на електрическото оборудване;
Причиняват необичайна работа на оборудването, ускоряват стареенето и съкращават живота; причиняват необичайна работа на релейни защити, автоматични устройства, компютърни системи и друго оборудване или не работят нормално;
Може да причини отклонения в измервателните и измервателните уреди; пречи на комуникационните системи, намалява качеството на предаване на сигнала и дори поврежда комуникационното оборудване.
Следователно, когато се проектират електронни продукти, е необходимо точно да се измери пулсацията и да се потисне пулсацията в определен диапазон.
1 Пулсации на захранването и коефициент на пулсации
Строго погледнато, регулираното захранване включва четири части: силов трансформатор, токоизправителна верига, филтърна верига и верига за стабилизиране на напрежението. Тъй като DC-DC може също да се разглежда като регулирано захранване, токоизправителната верига, филтърната верига и веригата за стабилизиране на напрежението се разглеждат като трите необходими части на регулираното захранване [1].
Токоизправителната верига използва еднопосочни проводими устройства за преобразуване на променлив ток в пулсиращ постоянен ток. Пулсиращият постоянен ток не е плавен и съдържа голямо количество компоненти на променлив ток.
Филтърната верига използва компоненти за съхранение на енергия, за да преобразува пулсираща постоянна мощност в относително равна постоянна мощност. Поради различната производителност на филтърната верига, въпреки че може да филтрира повечето AC компоненти, тя не може да ги филтрира напълно.
Веригата за стабилизиране на напрежението след коригиране и филтриране използва функцията за регулиране на веригата, за да стабилизира изходното напрежение и да намали AC компонента до минимум. Този променливотоков компонент, който не може да бъде напълно филтриран заедно със стабилното изходно напрежение, се нарича напрежение на пулсации.
За да се характеризира производителността на DC регулирано филтриране на захранване, се въвежда концепцията за коефициент на пулсации [2-3]. Коефициентът на пулсации ψ се определя като процентна стойност на ефективната стойност на напрежението на пулсации Vr и постояннотоковото изходно напрежение Vo, което е:
Коефициентът на пулсации е важен индикатор за оценка на стабилния и чист изход на DC захранване. Съгласно горната формула може да се види, че трябва да се измери напрежението на пулсации, за да се намери коефициентът на пулсации.
2 Измерване на пулсациите на захранването
Точното измерване на пулсациите на захранването обикновено изисква два инструмента, а именно електронен товар (Electronic Load) и цифров осцилоскоп за съхранение (DSO).
Електронните товари улесняват регулирането на тока и обикновено се настройват в режим на постоянно съпротивление (CR); цифровите осцилоскопи за съхранение могат директно да уловят цялата вълнова форма на пулсациите, да съхраняват, усилят и прочетат стойността на пулсациите. Заменете показанията на осцилоскопа във формулата, за да получите коефициента на пулсации.
Когато измервате, трябва да обърнете внимание на следните две точки (тези две точки са особено важни за точността на резултатите от измерването):
(1) Заземяващият проводник на сондата на осцилоскопа за цифрово съхранение трябва да бъде изключен и вместо него трябва да се използва заземяващият пружинен щифт в модула на сондата. Може да предотврати свързването на заземителните контури с EMI шум, което прави резултатите от измерването неточни.
Заземяващият проводник на сондата е твърде дълъг и зоната на веригата е твърде голяма, образувайки приемна антена и причинявайки високочестотни смущения или EMI шум да се съчетаят с измерения сигнал.
(2) Самият осцилоскоп за цифрово съхранение трябва да коригира настройките си.
Цифровият осцилоскоп за съхранение трябва да бъде добре заземен, за да филтрира допълнително шума, добавен от страната на захранването; използвайте свързването на променлив ток на осцилоскопа за цифрово съхранение, за да блокирате постоянен ток, което прави теста за пулсации по-интуитивен и точен;
Общото тестване на пулсации изисква честотата да бъде ограничена под 20MHz, така че осцилоскопът за цифрово съхранение трябва да отвори ограничението на честотната лента от 20MHz, за да изолира високочестотния шум.
3 метода за потискане на пулсациите на захранването
За потискане на пулсациите на изходното напрежение на регулирано захранване обикновено се приемат следните четири метода: метод на RLC филтриране, метод на филтриране на общ режим, метод на филтриране с феритен магнитен пръстен и комбинация от трите метода.
Филтърната верига, която потиска пулсациите на DC-DC захранването, е демонстрирана чрез експериментална проверка. В експеримента за проверка беше избрано 100 W DC-DC захранване, 48 V вход, 5 V изход, модел SD-100C-5 от Meanwell.
Осцилоскопът за цифрово съхранение избира GDS-1072B на GWINSTEK с честотна лента от 70MHz, честота на дискретизация от 1GSa/s и дълбочина на съхранение от 10M на канал.
Електронният товар е PEL{{0}} от GWINSTEK, с обхват на напрежение от 1,5 V~150 V, обхват на тока от 0~35 A и мощност от 175 W.
Според това изчисление токът във веригата е 20А. Фигура 3 показва блоковата диаграма на свързване на теста за пулсации на захранването.
За да направите ефекта от потискане на пулсациите на захранването по-интуитивен и очевиден, първо свържете накъсо филтърната верига на SD-100C-5 и измерете пулсациите на изходното му напрежение. От това може да се види, че пулсациите на захранването са приблизително 85,6 mVpp, а ефективната стойност е 48,2 mVrms.
