A ondulação da potência de comutação é inevitável. Nosso objetivo final é reduzir a ondulação da produção a um nível tolerável. A solução mais fundamental para atingir este objectivo é evitar a geração de ondulações. Em primeiro lugar E a causa.
Com a troca do SWITCH, a corrente na indutância L também flutua para cima e para baixo no valor válido da corrente de saída. Portanto, também haverá uma ondulação com a mesma frequência da chave na extremidade de saída. Geralmente, as ondulações do riber referem-se a isso, que está relacionado à capacidade do capacitor de saída e ao ESR. A frequência dessa ondulação é a mesma da fonte chaveada, com faixa de dezenas a centenas de kHz.
Além disso, o Switch geralmente usa transistores bipolares ou MOSFETs. Não importa qual seja, haverá um tempo de subida e descida quando ele estiver ligado e desligado. Neste momento, não haverá ruído no circuito que seja igual ao tempo de aumento que o tempo de subida do Switch diminui, ou algumas vezes, e geralmente é de dezenas de MHz. Da mesma forma, o diodo D está em recuperação reversa. O circuito equivalente é a série de capacitores e indutores de resistência, que causarão ressonância, e a frequência do ruído é de dezenas de MHz. Esses dois ruídos são geralmente chamados de ruído de alta frequência e a amplitude geralmente é muito maior que a ondulação.
Se for um conversor AC/DC, além das duas ondulações (ruído) acima, também há ruído AC. A frequência é a frequência da fonte de alimentação CA de entrada, cerca de 50-60 Hz. Há também um ruído de modo co, porque o dispositivo de alimentação de muitas fontes chaveadas usa o invólucro como um radiador, o que produz uma capacitância equivalente.
Medição de ondulações de potência de comutação
Requisitos básicos:
Acoplamento com um osciloscópio AC
Limite de largura de banda de 20 MHz
Desconecte o fio terra da sonda
1. O acoplamento CA serve para remover a tensão CC de superposição e obter uma forma de onda precisa.
2. A abertura do limite de largura de banda de 20 MHz evita a interferência de ruído de alta frequência e evita erros. Como a amplitude da composição de alta frequência é grande, ela deve ser removida durante a medição.
3. Desconecte o clipe de aterramento da ponta de prova do osciloscópio e use a medição de aterramento para reduzir a interferência. Muitos departamentos não possuem anéis de aterramento. Mas considere este fator ao julgar se está qualificado.
Outro ponto é usar um terminal de 50Ω. De acordo com as informações do osciloscópio, o módulo 50Ω serve para remover o componente DC e medir com precisão o componente AC. Entretanto, existem poucos osciloscópios com pontas de prova tão especiais. Na maioria dos casos, é utilizado o uso de sondas de 100kΩ a 10MΩ, o que não está temporariamente claro.
Acima estão as precauções básicas ao medir a ondulação de comutação. Se a ponta de prova do osciloscópio não estiver diretamente exposta ao ponto de saída, ela deverá ser medida por linhas trançadas ou cabos coaxiais de 50Ω.
Ao medir ruído de alta frequência, a banda completa do osciloscópio é geralmente de centenas de mega a GHz. Outros são iguais aos anteriores. Talvez empresas diferentes tenham métodos de teste diferentes. Em última análise, você deve conhecer os resultados do seu teste.
Sobre osciloscópio:
Alguns osciloscópios digitais não conseguem medir as ondulações corretamente devido à interferência e à profundidade de armazenamento. Neste momento, o osciloscópio deve ser substituído. Às vezes, embora a largura de banda do antigo osciloscópio de simulação seja de apenas dezenas de mega, o desempenho é melhor que o do osciloscópio digital.
Inibição de ondulações de energia de comutação
Para alternar ondulações, existem teoricamente e realmente. Existem três maneiras de suprimi-lo ou reduzi-lo:
1. Aumente a indutância e a filtragem do capacitor de saída
De acordo com a fórmula da fonte de alimentação chaveada, o tamanho da flutuação da corrente e o valor da indutância da indutância indutiva tornam-se inversamente proporcionais, e as ondulações de saída e os capacitores de saída são inversamente proporcionais. Portanto, aumentar os capacitores elétricos e de saída pode reduzir as ondulações.
A imagem acima é a forma de onda da corrente no indutor L da fonte de alimentação chaveada. Sua corrente de ondulação △ i pode ser calculada a partir da seguinte fórmula:
Pode-se observar que aumentar o valor L ou aumentar a frequência de comutação pode reduzir as flutuações de corrente na indutância.
Da mesma forma, a relação entre ondulações de saída e capacitores de saída: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Pode-se observar que aumentar o valor do capacitor de saída pode reduzir a ondulação.
O método usual é usar capacitores eletrolíticos de alumínio para a capacitância de saída para atingir o objetivo de grande capacidade. No entanto, os capacitores eletrolíticos não são muito eficazes na supressão de ruído de alta frequência e o ESR é relativamente grande; portanto, será conectado um capacitor cerâmico próximo a ele para compensar a falta de capacitores eletrolíticos de alumínio.
Ao mesmo tempo, quando a fonte de alimentação está funcionando, a tensão VIN do terminal de entrada permanece inalterada, mas a corrente muda com a chave. Neste momento, a fonte de alimentação de entrada não fornece um poço de corrente, geralmente próximo ao terminal de entrada de corrente (tomando o tipo buck como exemplo, está próximo ao switch), e conecta a capacitância para fornecer corrente.
Depois de aplicar esta contramedida, a fonte de alimentação do switch Buck é mostrada na figura abaixo:
A abordagem acima limita-se a reduzir as ondulações. Devido ao limite de volume, a indutância não será muito grande; o capacitor de saída aumenta até certo ponto e não há efeito óbvio na redução das ondulações; o aumento da frequência de comutação aumentará a perda de comutação. Portanto, quando os requisitos são rigorosos, esse método não é muito bom.
Para obter os princípios de comutação da fonte de alimentação, você pode consultar vários tipos de manuais de projeto de alimentação de comutação.
2. A filtragem de dois níveis consiste em adicionar filtros LC de primeiro nível
O efeito inibitório do filtro LC na ondulação do ruído é relativamente óbvio. De acordo com a frequência de ondulação a ser removida, selecione o capacitor indutor apropriado para formar o circuito de filtro. Geralmente, pode reduzir bem as ondulações. Neste caso, é necessário considerar o ponto de amostragem da tensão de realimentação. (Conforme mostrado abaixo)
O ponto de amostragem é selecionado antes do filtro LC (PA) e a tensão de saída será reduzida. Como qualquer indutância possui resistência CC, quando houver saída de corrente, haverá uma queda de tensão na indutância, resultando em uma diminuição na tensão de saída da fonte de alimentação. E esta queda de tensão muda com a corrente de saída.
O ponto de amostragem é selecionado após o filtro LC (PB), para que a tensão de saída seja a tensão que desejamos. Porém, uma indutância e um capacitor são introduzidos no interior do sistema de potência, o que pode causar instabilidade no sistema.
3. Após a saída da fonte de alimentação chaveada, conecte a filtragem LDO
Esta é a maneira mais eficaz de reduzir ondulações e ruídos. A tensão de saída é constante e não precisa alterar o sistema de feedback original, mas também é a mais econômica e com maior consumo de energia.
Qualquer LDO possui um indicador: taxa de supressão de ruído. É uma curva frequência-DB, conforme mostrado na figura abaixo é a curva do LT3024 LT3024.
Após o LDO, a ondulação de comutação geralmente fica abaixo de 10mV. A figura a seguir é a comparação das ondulações antes e depois do LDO:
Comparado com a curva da figura acima e a forma de onda à esquerda, pode-se observar que o efeito inibitório do LDO é muito bom para a comutação de ondulações de centenas de KHz. Mas dentro de uma faixa de alta frequência, o efeito do LDO não é tão ideal.
Reduza as ondulações. A fiação da PCB da fonte de alimentação chaveada também é crítica. Para ruído de alta frequência, devido à grande frequência de alta frequência, embora a filtragem pós-estágio tenha um certo efeito, o efeito não é óbvio. Existem estudos especiais a esse respeito. A abordagem simples é estar no diodo e na capacitância C ou RC, ou conectar a indutância em série.
A figura acima é um circuito equivalente do diodo real. Quando o diodo é de alta velocidade, parâmetros parasitas devem ser considerados. Durante a recuperação reversa do diodo, a indutância equivalente e a capacitância equivalente tornaram-se um oscilador RC, gerando oscilação de alta frequência. Para suprimir esta oscilação de alta frequência, é necessário conectar uma rede de buffer de capacitância C ou RC em ambas as extremidades do diodo. A resistência é geralmente 10Ω-100 ω e a capacitância é 4,7PF-2,2NF.
A capacitância C ou RC no diodo C ou RC pode ser determinada por testes repetidos. Se não for selecionado corretamente, causará oscilações mais severas.
Horário da postagem: 08/07/2023
