Коефициент на пулсации и захранване
Основната функция на захранването е да осигурява електрическа енергия за електронни продукти, но то неизбежно ще доведе до вълни, шум и т.н. по време на захранването, 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 верига за A/D преобразуване, верига на операционен усилвател, верига на токоизправителен филтър и т.н. Често срещаните приложения крият следните опасности:
Неочаквани хармоници се генерират, за да причинят аварии, причинени от пренапрежение или свръхток; увеличаване на допълнителните загуби и намаляване на ефективността и използването на електрическото оборудване;
Накарайте оборудването да работи необичайно, ускорете стареенето и съкратете експлоатационния живот; накарайте релейната защита, автоматичните устройства, компютърните системи и друго оборудване да работят необичайно или да не работят нормално;
Направете измерване и измервателни уреди да се отклоняват; 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, стабилизираното захранване включва четири части: силов трансформатор, токоизправителна верига, филтърна верига и верига на стабилизатор на напрежението. Тъй като DC-DC може да се разглежда и като стабилизирано захранване, токоизправителната верига, филтърната верига и веригата със стабилизирано напрежение се считат за необходимите три части на стабилизираното захранване [1].
Веригата на токоизправителя използва еднопосочни проводими устройства за преобразуване на променлив ток в пулсиращ постоянен ток. Пулсиращият постоянен ток не е плавен и съдържа голямо количество променлив ток.
Филтърната верига използва елемента за съхранение на енергия, за да преобразува пулсиращия постоянен ток в относително плосък постоянен ток. Поради различната производителност на филтърната верига, въпреки че повечето компоненти на променлив ток могат да бъдат филтрирани, те не могат да бъдат напълно филтрирани.
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 със стабилно изходно напрежение, се нарича напрежение на пулсации.
За да се характеризира ефективността на филтъра на DC регулирано захранване, се въвежда концепцията за коефициент на пулсации [2-3]. Дефинирайте коефициента на пулсации ψ като процентната стойност на ефективната стойност на напрежението на пулсации Vr и постояннотоковото изходно напрежение Vo, а именно:
Коефициентът на пулсации е важен показател за оценка на стабилния и чист изход на DC захранването. 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 (Digital Storage Oscilloscope, DSO).
Електронният товар е удобен за регулиране на тока и обикновено се настройва в режим на постоянно съпротивление (CR); осцилоскопът за цифрово съхранение може директно да улови цялата вълнова форма на пулсациите, да я съхрани и усили и да прочете стойността на пулсациите. Заменете показанието на осцилоскопа във формулата, за да получите фактора 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 заменен със заземяващия пружинен щифт в модула на сондата. Може да предотврати свързването на заземяващата верига с EMI шум и да направи резултата от измерването неточен.
Заземяващият проводник на сондата е твърде дълъг и зоната на веригата е твърде голяма, образувайки приемна антена, високочестотни смущения или EMI шум ще бъдат свързани с измерения сигнал.
(2) Самият осцилоскоп за цифрово съхранение трябва да коригира настройките.
Цифровият осцилоскоп за съхранение трябва да има добро заземяване, за да филтрира допълнително бъркотията, добавена от захранването; използвайте променливотоковото свързване на цифровия запаметяващ осцилоскоп, за да блокирате постоянния ток, правейки теста за пулсации по-интуитивен и точен;
Общият тест за 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 Методи за потискане на пулсациите на захранването
За потискане на пулсациите на изходното напрежение на регулираното захранване обикновено се приемат следните четири метода: метод на RLC филтриране, метод на филтриране в общ режим, метод на филтриране с феритен магнитен пръстен и комбинация от трите метода.
Филтърната верига за потискане на пулсациите на DC-DC захранването е демонстрирана чрез експериментална проверка. В експеримента за проверка е избрано 100 W DC-DC захранване с 48 V вход и 5 V изход, а моделът е SD-100C-5 на Meanwell.
Цифровият осцилоскоп за съхранение избира GDS-1072B на GWINSTEK, честотната лента е 70MHz, честотата на дискретизация е 1GSa/s, а дълбочината на съхранение на всеки канал е 10M.
Електронният товар е PEL{{0}} от GWINSTEK, обхватът на напрежението е 1,5V~150V, обхватът на тока е 0~35A, а мощността е 175W.
Според това изчисление токът във веригата е 20А. Фигура 3 е блоковата диаграма на свързване на теста за пулсации на мощността.
За да се направи ефектът от потискане на пулсациите на захранването по-интуитивен и очевиден, филтърната верига на SD-100C-5 първо се свързва накъсо и се измерва пулсацията на нейното изходно напрежение. Може да се получи, че пулсациите на захранването са приблизително 85,6 mVpp, а ефективната стойност е 48,2 mVrms.
