ของแห้ง |บทความเดียวได้รับการสร้าง การวัด และการยับยั้งการกระเพื่อมของพลังงานสวิตชิ่ง

แรงกระเพื่อมของสวิตชิ่งเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้จุดประสงค์สูงสุดของเราคือเพื่อลดการกระเพื่อมของเอาต์พุตให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้วิธีแก้ปัญหาขั้นพื้นฐานที่สุดเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์นี้คือหลีกเลี่ยงการสร้างระลอกคลื่นประการแรก และสาเหตุ

ด้วยสวิตช์ของ SWITCH กระแสในตัวเหนี่ยวนำ L ยังผันผวนขึ้นและลงตามค่าที่ถูกต้องของกระแสเอาต์พุตดังนั้นจะมีระลอกที่มีความถี่เดียวกันกับ Switch ที่ปลายเอาต์พุตโดยทั่วไป การกระเพื่อมของริเบอร์หมายถึงสิ่งนี้ ซึ่งเกี่ยวข้องกับความจุของตัวเก็บประจุเอาต์พุตและ ESRความถี่ของการกระเพื่อมนี้เหมือนกับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง โดยมีช่วงตั้งแต่ 10 ถึง 100 กิโลเฮิรตซ์

นอกจากนี้ โดยทั่วไปแล้ว Switch จะใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์หรือมอสเฟตไม่ว่าจะเป็นตัวใด จะมีเวลาเพิ่มขึ้นและลดลงเมื่อเปิดและปิดในตอนนี้จะไม่มีสัญญาณรบกวนในวงจรเหมือนกับเวลาเพิ่มขึ้นเวลาลดลงของ Switch หรือไม่กี่ครั้ง และโดยทั่วไปจะมีขนาดหลายสิบ MHzในทำนองเดียวกัน ไดโอด D อยู่ในการกู้คืนแบบย้อนกลับวงจรสมมูลคืออนุกรมของตัวเก็บประจุต้านทานและตัวเหนี่ยวนำ ซึ่งจะทำให้เกิดการสั่นพ้อง และความถี่เสียงคือ 10 MHzโดยทั่วไปแล้วสัญญาณรบกวนทั้งสองนี้เรียกว่าสัญญาณรบกวนความถี่สูง และแอมพลิจูดมักจะใหญ่กว่าระลอกคลื่นมาก

หากเป็นตัวแปลง AC / DC นอกจากระลอกคลื่น (สัญญาณรบกวน) สองรายการข้างต้นแล้ว ยังมีสัญญาณรบกวน AC อีกด้วยความถี่คือความถี่ของแหล่งจ่ายไฟ AC อินพุตประมาณ 50-60Hzนอกจากนี้ยังมีเสียงรบกวนจากโหมดร่วม เนื่องจากอุปกรณ์จ่ายไฟของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งจำนวนมากใช้เชลล์เป็นหม้อน้ำ ซึ่งสร้างความจุที่เทียบเท่ากัน

การวัดระลอกคลื่นไฟฟ้าสลับ

ข้อกำหนดพื้นฐาน:

การเชื่อมต่อกับออสซิลโลสโคป AC

จำกัด แบนด์วิธ 20MHz

ถอดสายดินของโพรบ

1.AC coupling คือการเอาแรงดัน DC ที่ซ้อนทับออกและรับรูปคลื่นที่แม่นยำ

2. การเปิดขีดจำกัดแบนด์วิธ 20MHz เพื่อป้องกันการรบกวนของสัญญาณรบกวนความถี่สูงและป้องกันข้อผิดพลาดเนื่องจากแอมพลิจูดขององค์ประกอบความถี่สูงมีขนาดใหญ่ จึงควรนำออกเมื่อทำการวัด

3. ถอดคลิปกราวด์ของออสซิลโลสโคปโพรบ และใช้การวัดกราวด์เพื่อลดสัญญาณรบกวนหลายแผนกไม่มีกราวด์ริงแต่พิจารณาปัจจัยนี้เมื่อตัดสินว่ามีคุณสมบัติหรือไม่

อีกจุดหนึ่งคือการใช้เทอร์มินอล50โอห์มตามข้อมูลของออสซิลโลสโคป โมดูล 50Ω คือการถอดส่วนประกอบ DC และวัดส่วนประกอบ AC อย่างแม่นยำอย่างไรก็ตาม มีออสซิลโลสโคปไม่กี่ตัวที่มีโพรบพิเศษดังกล่าวในกรณีส่วนใหญ่จะใช้โพรบตั้งแต่ 100kΩ ถึง 10MΩ ซึ่งไม่ชัดเจนชั่วคราว

ข้างต้นคือข้อควรระวังพื้นฐานเมื่อทำการวัดระลอกคลื่นสลับหากโพรบออสซิลโลสโคปไม่ได้สัมผัสโดยตรงกับจุดเอาท์พุต ควรวัดด้วยเส้นบิดหรือสายโคแอกเซียลขนาด 50 โอห์ม

เมื่อวัดสัญญาณรบกวนความถี่สูง โดยทั่วไปแถบความถี่ทั้งหมดของออสซิลโลสโคปจะอยู่ที่ระดับเมกะถึง GHz หลายร้อยอื่นๆ ก็เหมือนกับข้างต้นบางทีบริษัทต่างๆ อาจมีวิธีการทดสอบที่แตกต่างกันในการวิเคราะห์ขั้นสุดท้าย คุณต้องทราบผลการทดสอบของคุณ

เกี่ยวกับออสซิลโลสโคป:

ออสซิลโลสโคปแบบดิจิตอลบางตัวไม่สามารถวัดระลอกได้อย่างถูกต้องเนื่องจากการรบกวนและความลึกในการจัดเก็บในเวลานี้ควรเปลี่ยนออสซิลโลสโคปบางครั้งแม้ว่าแบนด์วิธของออสซิลโลสโคปจำลองแบบเก่าจะมีเพียงสิบล้าน แต่ประสิทธิภาพก็ยังดีกว่าออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล

การยับยั้งระลอกคลื่นไฟฟ้าสลับ

สำหรับการสลับระลอก ในทางทฤษฎีและมีอยู่จริงมีสามวิธีในการระงับหรือลด:

1. เพิ่มความเหนี่ยวนำและตัวกรองตัวเก็บประจุเอาต์พุต

ตามสูตรของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ขนาดความผันผวนในปัจจุบันและค่าความเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำแบบอินดัคทีฟจะแปรผกผัน และระลอกเอาต์พุตและตัวเก็บประจุเอาต์พุตจะแปรผกผันดังนั้นการเพิ่มตัวเก็บประจุทางไฟฟ้าและเอาท์พุทสามารถลดการกระเพื่อมได้

รูปภาพด้านบนคือรูปคลื่นปัจจุบันในตัวเหนี่ยวนำแหล่งจ่ายไฟสลับ L กระแสกระเพื่อมของมัน △ i สามารถคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้:

จะเห็นได้ว่าการเพิ่มค่า L หรือเพิ่มความถี่สวิตชิ่งสามารถลดความผันผวนของกระแสไฟฟ้าในตัวเหนี่ยวนำได้

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

วิธีปกติคือการใช้ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคสำหรับความจุเอาต์พุตเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ของความจุขนาดใหญ่อย่างไรก็ตาม ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรลีติคไม่มีประสิทธิภาพในการลดสัญญาณรบกวนความถี่สูง และ ESR มีขนาดค่อนข้างใหญ่ ดังนั้นมันจะเชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบเซรามิกข้างๆ เพื่อชดเชยการขาดตัวเก็บประจุแบบอะลูมิเนียมแบบอิเล็กโทรลีติค

ในเวลาเดียวกัน เมื่อแหล่งจ่ายไฟทำงาน แรงดันไฟฟ้า VIN ของเทอร์มินัลอินพุตจะไม่เปลี่ยนแปลง แต่กระแสจะเปลี่ยนตามสวิตช์ในขณะนี้ แหล่งจ่ายไฟอินพุตไม่ได้จ่ายกระแสให้ดี โดยปกติจะอยู่ใกล้กับขั้วอินพุตปัจจุบัน (โดยยกตัวอย่างประเภทบัค อยู่ใกล้สวิตช์) และเชื่อมต่อความจุเพื่อจ่ายกระแส

หลังจากใช้มาตรการนี้แล้ว แหล่งจ่ายไฟของสวิตช์บั๊กจะแสดงในรูปด้านล่าง:

วิธีการข้างต้นจำกัดอยู่เพียงการลดแรงกระเพื่อมเนื่องจากการจำกัดปริมาตร ความเหนี่ยวนำจะไม่ใหญ่มากตัวเก็บประจุเอาท์พุทเพิ่มขึ้นในระดับหนึ่งและไม่มีผลที่ชัดเจนในการลดระลอกคลื่นการเพิ่มความถี่ในการสลับจะเพิ่มการสูญเสียของสวิตช์ดังนั้นเมื่อข้อกำหนดเข้มงวด วิธีนี้จึงไม่ค่อยดีนัก

สำหรับหลักการของสวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลาย คุณสามารถดูคู่มือการออกแบบสวิตชิ่งพาวเวอร์ประเภทต่างๆ ได้

2. การกรองสองระดับคือการเพิ่มตัวกรอง LC ระดับแรก

ผลการยับยั้งของตัวกรอง LC ต่อการกระเพื่อมของสัญญาณรบกวนนั้นค่อนข้างชัดเจนตามความถี่กระเพื่อมที่จะลบออก ให้เลือกตัวเก็บประจุตัวเหนี่ยวนำที่เหมาะสมเพื่อสร้างวงจรกรองโดยทั่วไปสามารถลดแรงกระเพื่อมได้ดีในกรณีนี้ คุณต้องพิจารณาจุดสุ่มตัวอย่างแรงดันป้อนกลับ(ดังภาพด้านล่าง)

จุดสุ่มตัวอย่างถูกเลือกก่อนตัวกรอง LC (PA) และแรงดันเอาต์พุตจะลดลงเนื่องจากตัวเหนี่ยวนำใด ๆ มีความต้านทานกระแสตรง เมื่อมีกระแสเอาต์พุต จะมีแรงดันตกในตัวเหนี่ยวนำ ส่งผลให้แรงดันเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟลดลงและแรงดันตกนี้จะเปลี่ยนไปตามกระแสเอาต์พุต

จุดสุ่มตัวอย่างถูกเลือกหลังจากตัวกรอง LC (PB) เพื่อให้แรงดันเอาต์พุตเป็นแรงดันที่เราต้องการอย่างไรก็ตาม จะมีการใส่ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุเข้าไปในระบบไฟฟ้า ซึ่งอาจทำให้ระบบไม่เสถียร

3. หลังจากเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ให้เชื่อมต่อการกรอง LDO

นี่เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการลดแรงกระเพื่อมและเสียงรบกวนแรงดันขาออกคงที่และไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนระบบป้อนกลับเดิม แต่ยังประหยัดที่สุดและกินไฟสูงสุดอีกด้วย

LDO ใด ๆ มีตัวบ่งชี้: อัตราส่วนการลดเสียงรบกวนเป็นเส้นโค้งความถี่-DB ดังที่แสดงในรูปด้านล่างเป็นเส้นโค้งของ LT3024 LT3024

หลังจาก LDO โดยทั่วไป ระลอกการสลับจะต่ำกว่า 10mVรูปต่อไปนี้เป็นการเปรียบเทียบระลอกก่อนและหลัง LDO:

เมื่อเทียบกับเส้นโค้งของรูปด้านบนและรูปคลื่นทางด้านซ้าย จะเห็นได้ว่าผลการยับยั้งของ LDO นั้นดีมากสำหรับการสลับคลื่นความถี่หลายร้อย KHzแต่ในช่วงความถี่สูง เอฟเฟกต์ของ LDO นั้นไม่เหมาะอย่างยิ่ง

ลดแรงกระเพื่อมการเดินสาย PCB ของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งก็มีความสำคัญเช่นกันสำหรับสัญญาณรบกวนความถี่สูง เนื่องจากความถี่สูงของความถี่สูง แม้ว่าการกรองหลังเวทีจะมีเอฟเฟกต์บางอย่าง แต่เอฟเฟกต์นั้นไม่ชัดเจนมีการศึกษาพิเศษในเรื่องนี้วิธีง่ายๆคือต่อไดโอดและความจุ C หรือ RC หรือต่อตัวเหนี่ยวนำเป็นอนุกรม

รูปด้านบนเป็นวงจรสมมูลของไดโอดจริงเมื่อไดโอดมีความเร็วสูง จะต้องพิจารณาพารามิเตอร์ของกาฝากระหว่างการกู้คืนไดโอดแบบย้อนกลับ ความเหนี่ยวนำที่เท่ากันและความจุที่เท่ากันกลายเป็นออสซิลเลเตอร์ RC ซึ่งสร้างการสั่นความถี่สูงเพื่อระงับการสั่นความถี่สูงนี้ จำเป็นต้องเชื่อมต่อเครือข่ายบัฟเฟอร์ความจุ C หรือ RC ที่ปลายทั้งสองของไดโอดความต้านทานโดยทั่วไปคือ 10Ω-100 ω และความจุคือ 4.7PF-2.2NF

ความจุ C หรือ RC บนไดโอด C หรือ RC สามารถกำหนดได้โดยการทดสอบซ้ำหากเลือกไม่ถูกจะทำให้การสั่นรุนแรงขึ้น