L'ondulazione della potenza di commutazione è inevitabile.Il nostro scopo finale è ridurre l'ondulazione dell'output a un livello tollerabile.La soluzione fondamentale per raggiungere questo scopo è evitare la generazione di increspature.Prima di tutto E la causa.
Con l'interruttore dello SWITCH anche la corrente nell'induttanza L oscilla su e giù al valore valido della corrente di uscita.Pertanto, ci sarà anche un'ondulazione che ha la stessa frequenza di Switch all'estremità di uscita.Generalmente, le increspature del riber si riferiscono a questo, che è correlato alla capacità del condensatore di uscita e dell'ESR.La frequenza di questa ondulazione è la stessa dell'alimentatore switching, con un intervallo compreso tra decine e centinaia di kHz.
Inoltre, Switch utilizza generalmente transistor bipolari o MOSFET.Non importa quale sia, ci sarà un tempo di aumento e diminuzione quando sarà acceso e spento.A questo punto, non ci sarà rumore nel circuito che sia uguale al tempo di aumento del tempo di diminuzione dell'aumento dello Switch, o alcune volte, ed è generalmente di decine di MHz.Allo stesso modo, il diodo D è in recupero inverso.Il circuito equivalente è la serie di condensatori e induttori di resistenza, che causeranno risonanza e la frequenza del rumore è di decine di MHz.Questi due rumori sono generalmente chiamati rumore ad alta frequenza e l'ampiezza è solitamente molto maggiore dell'ondulazione.
Se si tratta di un convertitore CA/CC, oltre alle due ondulazioni (rumore) sopra indicate, si verifica anche il rumore CA.La frequenza è la frequenza dell'alimentazione CA in ingresso, circa 50-60 Hz.C'è anche un rumore di co-mode, perché il dispositivo di alimentazione di molti alimentatori a commutazione utilizza l'involucro come un radiatore, che produce una capacità equivalente.
Misura delle ondulazioni della potenza di commutazione
Requisiti di base:
Accoppiamento con un oscilloscopio AC
Limite di larghezza di banda di 20 MHz
Scollegare il filo di terra della sonda
1. L'accoppiamento CA serve a rimuovere la tensione CC di sovrapposizione e ottenere una forma d'onda accurata.
2. L'apertura del limite di larghezza di banda di 20 MHz serve a prevenire l'interferenza del rumore ad alta frequenza e prevenire l'errore.Poiché l'ampiezza della composizione ad alta frequenza è elevata, è necessario rimuoverla durante la misurazione.
3. Scollegare la clip di terra della sonda dell'oscilloscopio e utilizzare la misurazione della terra per ridurre le interferenze.Molti dipartimenti non dispongono di anelli di terra.Ma considera questo fattore quando giudichi se è qualificato.
Un altro punto è utilizzare un terminale da 50Ω.Secondo le informazioni dell'oscilloscopio, il modulo da 50Ω deve rimuovere la componente CC e misurare accuratamente la componente CA.Tuttavia, sono pochi gli oscilloscopi dotati di sonde così speciali.Nella maggior parte dei casi viene utilizzato l'uso di sonde da 100kΩ a 10MΩ, cosa temporaneamente poco chiara.
Quanto sopra rappresenta le precauzioni di base quando si misura l'ondulazione di commutazione.Se la sonda dell'oscilloscopio non è direttamente esposta al punto di uscita, deve essere misurata tramite linee twistate o cavi coassiali da 50Ω.
Quando si misura il rumore ad alta frequenza, la banda completa dell'oscilloscopio è generalmente compresa tra centinaia di mega e GHz.Altri sono gli stessi di cui sopra.Forse aziende diverse hanno metodi di test diversi.In ultima analisi, devi conoscere i risultati del test.
Informazioni sull'oscilloscopio:
Alcuni oscilloscopi digitali non sono in grado di misurare correttamente le ondulazioni a causa delle interferenze e della profondità di memorizzazione.A questo punto, l'oscilloscopio dovrebbe essere sostituito.A volte, anche se la larghezza di banda del vecchio oscilloscopio di simulazione è solo di decine di mega, le prestazioni sono migliori di quelle dell'oscilloscopio digitale.
Inibizione delle ondulazioni della potenza di commutazione
Per cambiare le increspature, esistono teoricamente e realmente.Esistono tre modi per sopprimerlo o ridurlo:
1. Aumentare l'induttanza e il filtraggio del condensatore di uscita
Secondo la formula dell'alimentatore switching, la dimensione della fluttuazione di corrente e il valore di induttanza induttiva diventano inversamente proporzionali e le ondulazioni di uscita e i condensatori di uscita sono inversamente proporzionali.Pertanto, aumentando i condensatori elettrici e di uscita è possibile ridurre le increspature.
L'immagine sopra è la forma d'onda della corrente nell'induttore L dell'alimentatore switching. La sua corrente di ondulazione △ i può essere calcolata dalla seguente formula:
Si può vedere che l'aumento del valore L o l'aumento della frequenza di commutazione possono ridurre le fluttuazioni di corrente nell'induttanza.
Allo stesso modo, la relazione tra ondulazioni di uscita e condensatori di uscita: VRIPPLE = IMAX/(CO × F).Si può vedere che aumentando il valore del condensatore di uscita è possibile ridurre l'ondulazione.
Il metodo usuale consiste nell'utilizzare condensatori elettrolitici in alluminio per la capacità di uscita per raggiungere lo scopo di grande capacità.Tuttavia, i condensatori elettrolitici non sono molto efficaci nel sopprimere il rumore ad alta frequenza e l'ESR è relativamente grande, quindi collegherà un condensatore ceramico accanto ad esso per compensare la mancanza di condensatori elettrolitici in alluminio.
Allo stesso tempo, quando l'alimentatore funziona, la tensione VIN del terminale di ingresso rimane invariata, ma la corrente cambia con l'interruttore.In questo momento, l'alimentatore in ingresso non fornisce un pozzo di corrente, solitamente vicino al terminale di ingresso della corrente (prendendo come esempio il tipo buck, è vicino all'interruttore) e collega la capacità per fornire corrente.
Dopo aver applicato questa contromisura, l'alimentazione dell'interruttore Buck è mostrata nella figura seguente:
L'approccio di cui sopra si limita a ridurre le increspature.A causa del limite di volume, l'induttanza non sarà molto grande;il condensatore di uscita aumenta in una certa misura e non vi è alcun effetto evidente sulla riduzione delle increspature;l'aumento della frequenza di commutazione aumenterà la perdita di commutazione.Quindi, quando i requisiti sono severi, questo metodo non è molto buono.
Per i principi dell'alimentatore switching è possibile fare riferimento a vari tipi di manuali di progettazione dell'alimentatore switching.
2. Il filtraggio a due livelli consiste nell'aggiungere filtri LC di primo livello
L'effetto inibitorio del filtro LC sull'ondulazione del rumore è relativamente evidente.In base alla frequenza di ondulazione da rimuovere, selezionare il condensatore dell'induttore appropriato per formare il circuito del filtro.In generale, può ridurre bene le increspature.In questo caso è necessario considerare il punto di campionamento della tensione di retroazione.(Come mostrato di seguito)
Il punto di campionamento viene selezionato prima del filtro LC (PA) e la tensione di uscita verrà ridotta.Poiché qualsiasi induttanza ha una resistenza CC, quando è presente un'uscita di corrente, si verificherà una caduta di tensione nell'induttanza, con conseguente diminuzione della tensione di uscita dell'alimentatore.E questa caduta di tensione cambia con la corrente di uscita.
Il punto di campionamento viene selezionato dopo il filtro LC (PB), in modo che la tensione di uscita sia quella desiderata.Tuttavia, all'interno del sistema di alimentazione vengono introdotti un'induttanza e un condensatore che possono causare instabilità del sistema.
3. Dopo l'uscita dell'alimentatore switching, collegare il filtraggio LDO
Questo è il modo più efficace per ridurre increspature e rumore.La tensione di uscita è costante e non richiede la modifica del sistema di feedback originale, ma è anche la più economica e con il consumo energetico più elevato.
Qualsiasi LDO ha un indicatore: rapporto di soppressione del rumore.È una curva frequenza-DB, come mostrato nella figura seguente è la curva di LT3024 LT3024.
Dopo l'LDO, l'ondulazione di commutazione è generalmente inferiore a 10 mV.La figura seguente è il confronto delle increspature prima e dopo l'LDO:
Confrontando la curva della figura sopra e la forma d'onda a sinistra, si può vedere che l'effetto inibitorio dell'LDO è molto buono per le ondulazioni di commutazione di centinaia di KHz.Ma all'interno della gamma delle alte frequenze, l'effetto dell'LDO non è così ideale.
Ridurre le increspature.Anche il cablaggio PCB dell'alimentatore switching è fondamentale.Per il rumore ad alta frequenza, a causa dell'elevata frequenza dell'alta frequenza, sebbene il filtraggio post-stadio abbia un certo effetto, l'effetto non è evidente.Esistono studi specifici a riguardo.L'approccio semplice è quello di collegare il diodo e la capacità C o RC oppure collegare l'induttanza in serie.
La figura sopra è un circuito equivalente del diodo reale.Quando il diodo è ad alta velocità, è necessario considerare i parametri parassiti.Durante il recupero inverso del diodo, l'induttanza equivalente e la capacità equivalente diventano un oscillatore RC, generando oscillazioni ad alta frequenza.Per sopprimere questa oscillazione ad alta frequenza, è necessario collegare la rete buffer di capacità C o RC ad entrambe le estremità del diodo.La resistenza è generalmente 10Ω-100 ω e la capacità è 4,7PF-2,2NF.
La capacità C o RC sul diodo C o RC può essere determinata mediante test ripetuti.Se non viene selezionato correttamente, causerà oscillazioni più gravi.
Orario di pubblicazione: 08-lug-2023