Бранирањето при прекинувачката моќност е неизбежно. Нашата крајна цел е да го намалиме излезното бранување на прифатливо ниво. Најфундаменталното решение за постигнување на оваа цел е да се избегне генерирање на бранувања. Прво на сите, причината.
Со прекинувачот на ПРЕКИНУВАЧОТ, струјата во индуктивноста L исто така флуктуира нагоре и надолу при валидна вредност на излезната струја. Затоа, ќе има и бранување кое е со иста фреквенција како прекинувачот на излезниот крај. Општо земено, бранувањата на ребрестата лента се однесуваат на ова, кое е поврзано со капацитетот на излезниот кондензатор и ESR. Фреквенцијата на ова бранување е иста како и на прекинувачкото напојување, со опсег од десетици до стотици kHz.
Покрај тоа, прекинувачот генерално користи биполарни транзистори или MOSFET-и. Без разлика кој е, ќе има време на покачување и намалување кога е вклучен и мртов. Во овој момент, нема да има шум во колото што е исто како времето на зголемување како и времето на покачување на прекинувачот, или неколку пати, и генерално е десетици MHz. Слично, диодата D е во обратен закрепнување. Еквивалентно коло е серијата од отпорнички кондензатори и индуктиви, што ќе предизвика резонанца, а фреквенцијата на шум е десетици MHz. Овие два шума генерално се нарекуваат високофреквентен шум, а амплитудата е обично многу поголема од бранувањето.
Ако е AC/DC конвертор, покрај горенаведените две бранувања (шум), постои и AC шум. Фреквенцијата е фреквенцијата на влезното напојување со AC, околу 50-60Hz. Исто така, постои и ко-режимски шум, бидејќи напојувачкиот уред на многу прекинувачки напојувања ја користи обвивката како радијатор, што произведува еквивалентен капацитет.
Мерење на бранувањата на прекинувачката моќност
Основни барања:
Спојка со осцилоскоп AC
Ограничување на пропусниот опсег од 20 MHz
Исклучете ја жицата за заземјување на сондата
1. AC спојувањето е за отстранување на суперпозицијата на еднонасочен напон и добивање на точна бранова форма.
2. Отворањето на ограничувањето на пропусниот опсег од 20MHz е за да се спречи мешање на високофреквентниот шум и да се спречи грешка. Бидејќи амплитудата на високофреквентниот состав е голема, таа треба да се отстрани при мерењето.
3. Исклучете го штипката за заземјување од сондата на осцилоскопот и користете го мерењето на заземјувањето за да ги намалите пречките. Многу оддели немаат прстени за заземјување. Но, земете го предвид овој фактор кога проценувате дали е квалификуван.
Друга работа е да се користи терминал од 50Ω. Според информациите од осцилоскопот, модулот од 50Ω е за отстранување на еднонасочната компонента и прецизно мерење на наизменичната компонента. Сепак, има малку осцилоскопи со вакви специјални сонди. Во повеќето случаи, се користи сонда од 100kΩ до 10MΩ, што е привремено нејасно.
Горенаведените се основните мерки на претпазливост при мерење на префрлувачката бранова должина. Ако сондата на осцилоскопот не е директно изложена на излезната точка, таа треба да се мери со извиткани линии или коаксијални кабли од 50Ω.
При мерење на високофреквентен шум, целиот опсег на осцилоскопот е генерално на ниво од стотици мега до GHz. Други се исти како погоре. Можеби различни компании имаат различни методи на тестирање. На крајот на краиштата, мора да ги знаете резултатите од тестот.
За осцилоскопот:
Некои дигитални осцилоскопи не можат правилно да ги мерат бранувањата поради пречки и длабочина на складирање. Во овој случај, осцилоскопот треба да се замени. Понекогаш, иако пропусниот опсег на стариот симулациски осцилоскоп е само десетици мегапиксели, перформансите се подобри од дигиталниот осцилоскоп.
Инхибиција на бранувањата на прекинувачката моќност
За префрлување на бранувања, теоретски и фактички постојат. Постојат три начини да се потисне или намали:
1. Зголемување на индуктивноста и филтрирање на излезниот кондензатор
Според формулата на прекинувачкото напојување, големината на флуктуацијата на струјата и вредноста на индуктивноста на индуктивната индуктивност стануваат обратно пропорционални, а излезните бранувања и излезните кондензатори се обратно пропорционални. Затоа, зголемувањето на електричните и излезните кондензатори може да ги намали бранувањата.
Горенаведената слика е брановата форма на струјата во индуктор L на прекинувачкото напојување. Неговата бранова струја △ i може да се пресмета од следната формула:
Може да се види дека зголемувањето на вредноста L или зголемувањето на фреквенцијата на префрлување може да ги намали флуктуациите на струјата во индуктивноста.
Слично на тоа, односот помеѓу излезните бранувања и излезните кондензатори е: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Може да се види дека зголемувањето на вредноста на излезниот кондензатор може да го намали бранувањето.
Вообичаениот метод е да се користат алуминиумски електролитски кондензатори за излезниот капацитет за да се постигне голем капацитет. Сепак, електролитските кондензатори не се многу ефикасни во потиснувањето на високофреквентниот шум, а ESR е релативно голем, па затоа ќе се поврзе керамички кондензатор до него за да се надомести недостатокот на алуминиумски електролитски кондензатори.
Во исто време, кога напојувањето работи, напонот VIN на влезниот терминал е непроменет, но струјата се менува со прекинувачот. Во овој момент, влезното напојување не обезбедува струен бунар, обично во близина на влезниот терминал за струја (земајќи го типот buck како пример, е во близина на прекинувачот), туку го поврзува капацитивот за да обезбеди струја.
По примената на оваа контрамерка, напојувањето со прекинувачот Buck е прикажано на сликата подолу:
Горенаведениот пристап е ограничен на намалување на бранувањата. Поради ограничувањето на волуменот, индуктивноста нема да биде многу голема; излезниот кондензатор се зголемува до одреден степен и нема очигледен ефект врз намалувањето на бранувањата; зголемувањето на фреквенцијата на вклучување ќе ги зголеми загубите на прекинувачот. Значи, кога барањата се строги, овој метод не е многу добар.
За принципите на прекинувачко напојување, можете да се повикате на различни видови прирачници за дизајн на прекинувачко напојување.
2. Двостепеното филтрирање е додавање на LC филтри од прво ниво
Инхибиторниот ефект на LC филтерот врз бранувањето на шумот е релативно очигледен. Според фреквенцијата на бранувањето што треба да се отстрани, изберете го соодветниот индукторски кондензатор за да го формирате колото на филтерот. Општо земено, тој може добро да ги намали бранувањата. Во овој случај, треба да ја земете предвид точката на земање примероци на повратниот напон. (Како што е прикажано подолу)
Точката на земање примероци е избрана пред LC филтерот (PA), а излезниот напон ќе се намали. Бидејќи секоја индуктивност има DC отпор, кога има струја на излез, ќе има пад на напонот во индуктивноста, што ќе резултира со намалување на излезниот напон на напојувањето. И овој пад на напон се менува со излезната струја.
Точката на земање примероци се избира по LC филтерот (PB), така што излезниот напон е напонот што го сакаме. Сепак, во системот за напојување се внесуваат индуктивност и кондензатор, што може да предизвика нестабилност на системот.
3. По излезот на прекинувачкото напојување, поврзете го LDO филтрирањето
Ова е најефикасниот начин за намалување на бранувањата и шумот. Излезниот напон е константен и не треба да се менува оригиналниот систем за повратна информација, но е исто така најисплатлив и има најголема потрошувачка на енергија.
Секој LDO има индикатор: однос на потиснување на шумот. Тоа е крива на фреквенција-DB, како што е прикажано на сликата подолу, кривата на LT3024 LT3024.
По LDO, префрлувачкото бранување е генерално под 10mV. Следната слика е споредба на бранувањата пред и по LDO:
Во споредба со кривата на сликата погоре и брановата форма лево, може да се види дека инхибиторниот ефект на LDO е многу добар за прекинувачките бранувања од стотици KHz. Но, во рамките на висок фреквентен опсег, ефектот на LDO не е толку идеален.
Намалете ги бранувањата. Ожичувањето на PCB на прекинувачкото напојување е исто така критично. За високофреквентниот шум, поради големата фреквенција на висока фреквенција, иако пост-фазниот филтер има одреден ефект, ефектот не е очигледен. Постојат посебни студии во овој поглед. Едноставниот пристап е да се биде на диодата и капацитивноста C или RC, или да се поврзе индуктивноста сериски.
Горенаведената слика е еквивалентно коло на вистинската диода. Кога диодата е со голема брзина, мора да се земат предвид паразитските параметри. За време на обратното закрепнување на диодата, еквивалентната индуктивност и еквивалентниот капацитивност стануваат RC осцилатор, генерирајќи високофреквентни осцилации. За да се потисне оваа високофреквентна осцилација, потребно е да се поврзе капацитивност C или RC бафер мрежа на двата краја на диодата. Отпорот е генерално 10Ω-100 ω, а капацитивноста е 4,7PF-2,2NF.
Капацитетот C или RC на диодата C или RC може да се одреди со повторени тестови. Ако не е правилно избран, ќе предизвика посилни осцилации.
Време на објавување: 08 јули 2023
