สินค้าแห้ง | บทความหนึ่งกล่าวถึงการสร้าง การวัด และการปราบปรามของระลอกกำลังสวิตชิ่ง

ระลอกพลังงานสวิตชิ่งเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ จุดประสงค์สูงสุดของเราคือการลดระลอกเอาท์พุตให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้ วิธีแก้ปัญหาพื้นฐานที่สุดเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์นี้คือหลีกเลี่ยงการสร้างระลอกคลื่น ก่อนอื่น และสาเหตุ

ด้วยสวิตช์ของสวิตช์ กระแสในตัวเหนี่ยวนำ L จะขึ้นลงตามค่าที่ถูกต้องของกระแสเอาต์พุตด้วย ดังนั้นก็จะมีระลอกคลื่นความถี่เดียวกับ Switch ที่ปลายเอาต์พุตด้วย โดยทั่วไป ระลอกคลื่นของไรเบอร์หมายถึงสิ่งนี้ ซึ่งสัมพันธ์กับความจุของตัวเก็บประจุเอาต์พุตและ ESR ความถี่ของระลอกคลื่นนี้จะเหมือนกับความถี่ของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง โดยมีช่วงตั้งแต่สิบถึงร้อย kHz

นอกจากนี้ โดยทั่วไปแล้วสวิตช์จะใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์หรือ MOSFET ไม่ว่าจะเป็นอันไหนก็จะมีเวลาขึ้นและลงเมื่อเปิดและดับ ในเวลานี้จะไม่มีสัญญาณรบกวนในวงจรเท่ากับเวลาเพิ่มเท่ากับเวลาที่เพิ่มขึ้นของ Switch หรือไม่กี่เท่า และโดยทั่วไปจะมีค่าเป็นสิบ MHz ในทำนองเดียวกัน ไดโอด D อยู่ในการกู้คืนแบบย้อนกลับ วงจรสมมูลคือชุดของตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำความต้านทาน ซึ่งจะทำให้เกิดการสั่นพ้อง และความถี่สัญญาณรบกวนคือสิบ MHz เสียงทั้งสองนี้โดยทั่วไปเรียกว่าเสียงความถี่สูงและแอมพลิจูดมักจะใหญ่กว่าระลอกคลื่นมาก

หากเป็นตัวแปลงไฟ AC / DC นอกเหนือจากระลอกสองอันด้านบน (สัญญาณรบกวน) ก็ยังมีสัญญาณรบกวน AC อีกด้วย ความถี่คือความถี่ของแหล่งจ่ายไฟ AC อินพุตประมาณ 50-60Hz นอกจากนี้ยังมีสัญญาณรบกวนในโหมดร่วมด้วย เนื่องจากอุปกรณ์จ่ายไฟของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งจำนวนมากใช้เปลือกเป็นหม้อน้ำ ซึ่งสร้างความจุที่เท่ากัน

การวัดระลอกกำลังสวิตชิ่ง

ข้อกำหนดพื้นฐาน:

การต่อกับออสซิลโลสโคป AC

ขีดจำกัดแบนด์วิธ 20MHz

ถอดสายดินของโพรบออก

1.ข้อต่อ AC คือการเอาแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ซ้อนทับออกและรับรูปคลื่นที่แม่นยำ

2. การเปิดขีดจำกัดแบนด์วิดท์ 20MHz คือการป้องกันสัญญาณรบกวนความถี่สูงและป้องกันข้อผิดพลาด เนื่องจากแอมพลิจูดขององค์ประกอบความถี่สูงมีขนาดใหญ่ จึงควรถอดออกเมื่อทำการวัด

3. ถอดปลั๊กคลิปกราวด์ของโพรบออสซิลโลสโคป และใช้การวัดการวัดกราวด์เพื่อลดสัญญาณรบกวน หลายแผนกไม่มีวงแหวนกราวด์ แต่ให้พิจารณาปัจจัยนี้เมื่อตัดสินว่ามีคุณสมบัติเหมาะสมหรือไม่

อีกจุดหนึ่งคือการใช้เทอร์มินัล50Ω ตามข้อมูลของออสซิลโลสโคป โมดูล 50Ω คือการถอดส่วนประกอบ DC และวัดส่วนประกอบ AC ได้อย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตาม มีออสซิลโลสโคปเพียงไม่กี่ตัวที่มีโพรบพิเศษเช่นนี้ ในกรณีส่วนใหญ่ มีการใช้โพรบตั้งแต่ 100kΩ ถึง 10MΩ ซึ่งยังไม่ชัดเจนชั่วคราว

ข้อมูลข้างต้นเป็นข้อควรระวังพื้นฐานเมื่อทำการวัดการกระเพื่อมของสวิตช์ หากโพรบออสซิลโลสโคปไม่ได้สัมผัสโดยตรงกับจุดเอาท์พุต ควรวัดด้วยเส้นบิดหรือสายโคแอกเซียลขนาด 50Ω

เมื่อวัดสัญญาณรบกวนความถี่สูง โดยทั่วไปออสซิลโลสโคปทั้งย่านความถี่จะมีระดับหลายร้อยเมกะถึง GHz อื่นๆก็เหมือนกับที่กล่าวมาข้างต้น บางทีบริษัทต่างๆ อาจมีวิธีการทดสอบที่แตกต่างกัน ในการวิเคราะห์ขั้นสุดท้าย คุณต้องทราบผลการทดสอบของคุณ

เกี่ยวกับออสซิลโลสโคป:

ออสซิลโลสโคปแบบดิจิตอลบางรุ่นไม่สามารถวัดระลอกคลื่นได้อย่างถูกต้องเนื่องจากการรบกวนและความลึกในการจัดเก็บ ในเวลานี้ควรเปลี่ยนออสซิลโลสโคป บางครั้งแม้ว่าแบนด์วิธของออสซิลโลสโคปจำลองแบบเก่าจะมีขนาดเพียงสิบเมกะไบต์ แต่ประสิทธิภาพก็ยังดีกว่าออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล

ยับยั้งการสลับระลอกพลังงาน

สำหรับการสลับระลอกคลื่นทั้งทางทฤษฎีและมีอยู่จริง มีสามวิธีในการระงับหรือลด:

1. เพิ่มการกรองตัวเก็บประจุตัวเหนี่ยวนำและเอาต์พุต

ตามสูตรของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ขนาดความผันผวนในปัจจุบันและค่าตัวเหนี่ยวนำของการเหนี่ยวนำแบบเหนี่ยวนำจะกลายเป็นสัดส่วนผกผัน และระลอกเอาท์พุตและตัวเก็บประจุเอาต์พุตจะเป็นสัดส่วนผกผัน ดังนั้นการเพิ่มตัวเก็บประจุไฟฟ้าและเอาต์พุตสามารถลดการกระเพื่อมได้

ภาพด้านบนเป็นรูปคลื่นกระแสในตัวเหนี่ยวนำแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง L กระแสกระเพื่อม △ i สามารถคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้:

จะเห็นได้ว่าการเพิ่มค่า L หรือการเพิ่มความถี่สวิตชิ่งสามารถลดความผันผวนของกระแสในการเหนี่ยวนำได้

ในทำนองเดียวกัน ความสัมพันธ์ระหว่างระลอกเอาท์พุตและตัวเก็บประจุเอาท์พุต: VRIPPLE = IMAX/(CO × F) จะเห็นได้ว่าการเพิ่มค่าตัวเก็บประจุเอาต์พุตสามารถลดการกระเพื่อมได้

วิธีปกติคือการใช้ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคสำหรับความจุเอาต์พุตเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ของความจุขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าไม่ค่อยมีประสิทธิภาพในการลดสัญญาณรบกวนความถี่สูง และ ESR มีขนาดค่อนข้างใหญ่ ดังนั้นจึงจะเชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบเซรามิกที่อยู่ข้างๆ เพื่อชดเชยการขาดตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติค

ในเวลาเดียวกัน เมื่อแหล่งจ่ายไฟทำงาน แรงดันไฟฟ้า VIN ของเทอร์มินัลอินพุตจะไม่เปลี่ยนแปลง แต่กระแสจะเปลี่ยนไปตามสวิตช์ ในขณะนี้ แหล่งจ่ายไฟอินพุตไม่ได้จ่ายกระแสไฟ โดยปกติจะอยู่ใกล้กับเทอร์มินัลอินพุตปัจจุบัน (โดยยกตัวอย่างประเภทบั๊กคือใกล้กับสวิตช์) และเชื่อมต่อความจุเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้า

หลังจากใช้มาตรการตอบโต้นี้ แหล่งจ่ายไฟสวิตช์บั๊กจะแสดงในรูปด้านล่าง:

วิธีการข้างต้นจำกัดอยู่ที่การลดระลอกคลื่นเท่านั้น เนื่องจากขีดจำกัดของปริมาตร ความเหนี่ยวนำจะไม่ใหญ่มาก ตัวเก็บประจุเอาต์พุตเพิ่มขึ้นในระดับหนึ่งและไม่มีผลกระทบที่ชัดเจนในการลดระลอกคลื่น การเพิ่มความถี่ในการสวิตชิ่งจะทำให้การสูญเสียสวิตซ์เพิ่มขึ้น ดังนั้นเมื่อข้อกำหนดเข้มงวดวิธีนี้จึงไม่ค่อยดีนัก

สำหรับหลักการของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง คุณสามารถดูคู่มือการออกแบบพลังงานแบบสวิตชิ่งประเภทต่างๆ ได้

2. การกรองสองระดับคือการเพิ่มตัวกรอง LC ระดับแรก

ผลการยับยั้งของตัวกรอง LC ต่อการกระเพื่อมของสัญญาณรบกวนค่อนข้างชัดเจน ตามความถี่กระเพื่อมที่จะเอาออก ให้เลือกตัวเก็บประจุตัวเหนี่ยวนำที่เหมาะสมเพื่อสร้างวงจรตัวกรอง โดยทั่วไปสามารถลดการกระเพื่อมได้ดี ในกรณีนี้ คุณต้องพิจารณาจุดสุ่มตัวอย่างของแรงดันป้อนกลับ (ตามที่แสดงด้านล่าง)

จุดสุ่มตัวอย่างจะถูกเลือกก่อนตัวกรอง LC (PA) และแรงดันเอาต์พุตจะลดลง เนื่องจากการเหนี่ยวนำใดๆ มีความต้านทานกระแสตรง เมื่อมีกระแสเอาต์พุต แรงดันไฟฟ้าในตัวเหนี่ยวนำจะตกคร่อม ส่งผลให้แรงดันเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟลดลง และแรงดันตกคร่อมนี้จะเปลี่ยนไปตามกระแสไฟขาออก

จุดสุ่มตัวอย่างจะถูกเลือกหลังจากตัวกรอง LC (PB) เพื่อให้แรงดันเอาต์พุตเป็นแรงดันไฟฟ้าที่เราต้องการ อย่างไรก็ตาม มีการใส่ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุเข้าไปในระบบไฟฟ้า ซึ่งอาจทำให้ระบบไม่เสถียร

3. หลังจากเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟสลับแล้ว ให้เชื่อมต่อตัวกรอง LDO

นี่เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการลดระลอกคลื่นและเสียงรบกวน แรงดันไฟขาออกคงที่และไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนระบบป้อนกลับเดิม แต่ยังคุ้มค่าที่สุดและสิ้นเปลืองพลังงานสูงสุดอีกด้วย

LDO ใด ๆ มีตัวบ่งชี้: อัตราส่วนการลดเสียงรบกวน เป็นเส้นโค้งความถี่-DB ดังแสดงในรูปด้านล่างเป็นเส้นโค้งของ LT3024 LT3024

หลังจาก LDO การสลับระลอกโดยทั่วไปจะต่ำกว่า 10mV รูปต่อไปนี้คือการเปรียบเทียบระลอกคลื่นก่อนและหลัง LDO:

เมื่อเปรียบเทียบกับเส้นโค้งของรูปด้านบนและรูปคลื่นทางด้านซ้าย จะเห็นได้ว่าผลการยับยั้งของ LDO นั้นดีมากสำหรับการสลับระลอกคลื่นหลายร้อย KHz แต่ภายในช่วงความถี่สูง ผลกระทบของ LDO นั้นไม่เหมาะนัก

ลดระลอกคลื่น การเดินสาย PCB ของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งก็มีความสำคัญเช่นกัน สำหรับสัญญาณรบกวนความถี่สูง เนื่องจากความถี่สูงของความถี่สูง แม้ว่าการกรองหลังเวทีจะมีผลบางอย่าง แต่ผลที่ได้ก็ไม่ชัดเจน มีการศึกษาพิเศษในเรื่องนี้ วิธีง่ายๆ คือให้อยู่บนไดโอดและความจุ C หรือ RC หรือต่อตัวเหนี่ยวนำแบบอนุกรม

รูปด้านบนเป็นวงจรสมมูลของไดโอดจริง เมื่อไดโอดมีความเร็วสูง จะต้องพิจารณาพารามิเตอร์ของปรสิตด้วย ในระหว่างการกู้คืนไดโอดแบบย้อนกลับ ค่าความเหนี่ยวนำที่เท่ากันและความจุที่เท่ากันจะกลายเป็นออสซิลเลเตอร์ RC ซึ่งทำให้เกิดการสั่นความถี่สูง เพื่อระงับการสั่นความถี่สูงนี้ จำเป็นต้องเชื่อมต่อเครือข่ายบัฟเฟอร์ความจุ C หรือ RC ที่ปลายทั้งสองด้านของไดโอด ความต้านทานโดยทั่วไปคือ10Ω-100 ω และความจุคือ 4.7PF-2.2NF

ความจุ C หรือ RC บนไดโอด C หรือ RC สามารถกำหนดได้โดยการทดสอบซ้ำ หากเลือกไม่ถูกต้องจะทำให้เกิดการแกว่งที่รุนแรงยิ่งขึ้น