La onda expansiva del poder de conmutación es inevitable.Nuestro objetivo final es reducir la fluctuación de la producción a un nivel tolerable.La solución más fundamental para lograr este propósito es evitar la generación de ondas.Primero que nada Y la causa.
Con el interruptor del SWITCH, la corriente en la inductancia L también fluctúa hacia arriba y hacia abajo en el valor válido de la corriente de salida.Por lo tanto, también habrá una ondulación de la misma frecuencia que Switch en el extremo de salida.Generalmente, las ondulaciones de la ribera se refieren a esto, que está relacionado con la capacidad del capacitor de salida y la ESR.La frecuencia de esta ondulación es la misma que la de la fuente de alimentación conmutada, con un rango de decenas a cientos de kHz.
Además, Switch generalmente utiliza transistores bipolares o MOSFET.No importa cuál sea, habrá un tiempo de subida y bajada cuando esté encendido y apagado.En este momento, no habrá ruido en el circuito que sea el mismo que el tiempo de aumento que el del interruptor, el tiempo de aumento y disminución, o varias veces, y generalmente es de decenas de MHz.De manera similar, el diodo D está en recuperación inversa.El circuito equivalente es la serie de condensadores e inductores de resistencia, que causarán resonancia y la frecuencia de ruido es de decenas de MHz.Estos dos ruidos generalmente se denominan ruido de alta frecuencia y la amplitud suele ser mucho mayor que la ondulación.
Si se trata de un convertidor CA/CC, además de las dos ondas (ruido) anteriores, también hay ruido CA.La frecuencia es la frecuencia de la fuente de alimentación de CA de entrada, aproximadamente 50-60 Hz.También hay un ruido de modo comodo, porque el dispositivo de alimentación de muchas fuentes de alimentación conmutadas utiliza la carcasa como radiador, lo que produce una capacitancia equivalente.
Medición de ondulaciones de potencia de conmutación.
Requerimientos básicos:
Acoplamiento con un osciloscopio AC
Límite de ancho de banda de 20MHz
Desenchufe el cable de tierra de la sonda.
1. El acoplamiento de CA sirve para eliminar el voltaje de CC de superposición y obtener una forma de onda precisa.
2. Abrir el límite de ancho de banda de 20MHz es para evitar la interferencia del ruido de alta frecuencia y evitar el error.Debido a que la amplitud de la composición de alta frecuencia es grande, se debe eliminar al medirla.
3. Desenchufe el clip de tierra de la sonda del osciloscopio y utilice la medición de tierra para reducir la interferencia.Muchos departamentos no tienen anillos de tierra.Pero considere este factor al juzgar si está calificado.
Otro punto es utilizar un terminal de 50Ω.Según la información del osciloscopio, el módulo de 50 Ω sirve para eliminar el componente de CC y medir con precisión el componente de CA.Sin embargo, existen pocos osciloscopios con sondas tan especiales.En la mayoría de los casos se utiliza el uso de sondas de 100kΩ a 10MΩ, lo cual no está claro temporalmente.
Las anteriores son las precauciones básicas al medir la ondulación de conmutación.Si la sonda del osciloscopio no está expuesta directamente al punto de salida, se debe medir mediante líneas trenzadas o cables coaxiales de 50 Ω.
Cuando se mide ruido de alta frecuencia, la banda completa del osciloscopio generalmente es de cientos de mega a un nivel de GHz.Otros son iguales a los anteriores.Quizás diferentes empresas tengan diferentes métodos de prueba.En última instancia, debe conocer los resultados de su prueba.
Acerca del osciloscopio:
Algunos osciloscopios digitales no pueden medir las ondulaciones correctamente debido a la interferencia y la profundidad de almacenamiento.En este momento, se debe reemplazar el osciloscopio.A veces, aunque el ancho de banda del antiguo osciloscopio de simulación es de sólo decenas de megas, el rendimiento es mejor que el del osciloscopio digital.
Inhibición de las ondulaciones de potencia de conmutación
Para cambiar las ondas, existen teóricamente y realmente.Hay tres formas de suprimirlo o reducirlo:
1. Aumentar la inductancia y el filtrado del condensador de salida.
Según la fórmula de la fuente de alimentación conmutada, el tamaño de la fluctuación de corriente y el valor de la inductancia inductiva se vuelven inversamente proporcionales, y las ondulaciones de salida y los condensadores de salida son inversamente proporcionales.Por lo tanto, aumentar los condensadores eléctricos y de salida puede reducir las ondulaciones.
La imagen de arriba es la forma de onda actual en el inductor L de la fuente de alimentación conmutada. Su corriente de ondulación △ i se puede calcular a partir de la siguiente fórmula:
Se puede ver que aumentar el valor L o aumentar la frecuencia de conmutación puede reducir las fluctuaciones de corriente en la inductancia.
De manera similar, la relación entre las ondulaciones de salida y los capacitores de salida: VRIPPLE = IMAX/(CO × F).Se puede ver que aumentar el valor del capacitor de salida puede reducir la ondulación.
El método habitual consiste en utilizar condensadores electrolíticos de aluminio para la capacitancia de salida para lograr el propósito de una gran capacidad.Sin embargo, los condensadores electrolíticos no son muy eficaces para suprimir el ruido de alta frecuencia y la ESR es relativamente grande, por lo que se conectará un condensador cerámico al lado para compensar la falta de condensadores electrolíticos de aluminio.
Al mismo tiempo, cuando la fuente de alimentación está funcionando, el voltaje VIN del terminal de entrada no cambia, pero la corriente cambia con el interruptor.En este momento, la fuente de alimentación de entrada no proporciona un pozo de corriente, generalmente cerca del terminal de entrada de corriente (tomando el tipo reductor como ejemplo, está cerca del interruptor), y conecta la capacitancia para proporcionar corriente.
Después de aplicar esta contramedida, la fuente de alimentación del interruptor Buck se muestra en la siguiente figura:
El enfoque anterior se limita a reducir las ondulaciones.Debido al límite de volumen, la inductancia no será muy grande;el condensador de salida aumenta hasta cierto punto y no hay ningún efecto obvio en la reducción de las ondulaciones;el aumento de la frecuencia de conmutación aumentará la pérdida de conmutación.Entonces, cuando los requisitos son estrictos, este método no es muy bueno.
Para conocer los principios de la fuente de alimentación conmutada, puede consultar varios tipos de manuales de diseño de energía conmutada.
2. El filtrado de dos niveles consiste en agregar filtros LC de primer nivel
El efecto inhibidor del filtro LC sobre la ondulación del ruido es relativamente obvio.De acuerdo con la frecuencia de ondulación que se eliminará, seleccione el condensador inductor apropiado para formar el circuito de filtro.Generalmente, puede reducir bien las ondulaciones.En este caso, es necesario considerar el punto de muestreo del voltaje de retroalimentación.(Como se muestra abajo)
El punto de muestreo se selecciona antes del filtro LC (PA) y se reducirá el voltaje de salida.Debido a que cualquier inductancia tiene una resistencia de CC, cuando hay una salida de corriente, habrá una caída de voltaje en la inductancia, lo que resultará en una disminución en el voltaje de salida de la fuente de alimentación.Y esta caída de voltaje cambia con la corriente de salida.
El punto de muestreo se selecciona después del filtro LC (PB), de modo que el voltaje de salida sea el voltaje que queremos.Sin embargo, se introducen una inductancia y un condensador dentro del sistema de energía, lo que puede causar inestabilidad en el sistema.
3. Después de la salida de la fuente de alimentación conmutada, conecte el filtrado LDO
Ésta es la forma más eficaz de reducir las ondas y el ruido.El voltaje de salida es constante y no necesita cambiar el sistema de retroalimentación original, pero también es el más rentable y el de mayor consumo de energía.
Cualquier LDO tiene un indicador: relación de supresión de ruido.Es una curva de frecuencia DB, como se muestra en la siguiente figura es la curva de LT3024 LT3024.
Después de LDO, la ondulación de conmutación generalmente es inferior a 10 mV.La siguiente figura es la comparación de las ondulaciones antes y después de LDO:
En comparación con la curva de la figura anterior y la forma de onda de la izquierda, se puede ver que el efecto inhibidor de LDO es muy bueno para las ondas de conmutación de cientos de KHz.Pero dentro de un rango de alta frecuencia, el efecto del LDO no es tan ideal.
Reducir las ondulaciones.El cableado de la PCB de la fuente de alimentación conmutada también es fundamental.Para el ruido de alta frecuencia, debido a la gran frecuencia de alta frecuencia, aunque el filtrado posterior a la etapa tiene cierto efecto, el efecto no es obvio.Existen estudios especiales al respecto.El enfoque simple es estar en el diodo y la capacitancia C o RC, o conectar la inductancia en serie.
La figura anterior es un circuito equivalente del diodo real.Cuando el diodo es de alta velocidad, se deben considerar parámetros parásitos.Durante la recuperación inversa del diodo, la inductancia equivalente y la capacitancia equivalente se convirtieron en un oscilador RC, generando una oscilación de alta frecuencia.Para suprimir esta oscilación de alta frecuencia, es necesario conectar la capacitancia C o la red buffer RC en ambos extremos del diodo.La resistencia es generalmente de 10Ω-100 ω y la capacitancia es de 4,7PF-2,2NF.
La capacitancia C o RC en el diodo C o RC se puede determinar mediante pruebas repetidas.Si no se selecciona correctamente, provocará una oscilación más severa.
Hora de publicación: 08-jul-2023