Ondularea sursei de alimentare și coeficientul de ondulare
Funcția principală a unei surse de alimentare este de a furniza energie electrică pentru produsele electronice, dar sursa de alimentare va introduce inevitabil ondulații, zgomot etc., ceea ce va reduce stabilitatea și fiabilitatea sistemului electronic și chiar a întregului produs.
Ondularea de tensiune poate afecta foarte mult diferite circuite ale sursei de alimentare, cum ar fi circuitele de conversie A/D, circuitele amplificatoare operaționale, circuitele filtru redresor etc. Aplicațiile obișnuite prezintă următoarele pericole:
Generați armonici nedorite, determinând ca supratensiune sau supracurent să provoace accidente; creșterea pierderilor suplimentare și reducerea eficienței și utilizării echipamentelor electrice;
Determină funcționarea anormală a echipamentului, accelerarea îmbătrânirii și scurtarea duratei de viață; determină funcționarea anormală a protecției releului, dispozitivelor automate, sistemelor informatice și altor echipamente sau nu funcționează normal;
Poate provoca abateri la instrumentele de măsurare și contorizare; interferează cu sistemele de comunicații, reduc calitatea transmisiei semnalului și chiar deteriorează echipamentele de comunicație.
Prin urmare, atunci când proiectați produse electronice, este necesar să măsurați cu precizie ondulația și să suprimați ondulația într-un anumit interval.
1 Ondularea sursei de alimentare și coeficientul de ondulare
Strict vorbind, sursa de alimentare reglementată include patru părți: transformator de putere, circuit redresor, circuit de filtru și circuit de stabilizare a tensiunii. Deoarece DC-DC poate fi privit și ca o sursă de alimentare reglată, circuitul redresor, circuitul de filtru și circuitul de stabilizare a tensiunii sunt considerate cele trei părți necesare ale sursei de alimentare reglate [1].
Circuitul redresor folosește dispozitive conductoare unidirecționale pentru a converti curentul alternativ în curent continuu pulsatoriu. Curentul continuu pulsatoriu nu este neted și conține o cantitate mare de componente de curent alternativ.
Circuitul de filtru folosește componente de stocare a energiei pentru a converti puterea DC pulsatorie într-o putere DC relativ plată. Datorită performanței diferite a circuitului de filtrare, deși poate filtra majoritatea componentelor AC, nu îl poate filtra complet.
Circuitul de stabilizare a tensiunii după rectificare și filtrare utilizează funcția de reglare a circuitului pentru a stabiliza tensiunea de ieșire și pentru a reduce componenta AC la minimum. Această componentă AC care nu poate fi complet filtrată împreună cu tensiunea de ieșire stabilă se numește tensiune de ondulare.
Pentru a caracteriza performanța filtrării sursei de alimentare cu curent continuu reglat, este introdus conceptul de coeficient de ondulație [2-3]. Coeficientul de ondulație ψ este definit ca valoarea procentuală a valorii efective a tensiunii de ondulare Vr și a tensiunii de ieșire DC Vo, adică:
Coeficientul de ondulare este un indicator important pentru evaluarea ieșirii stabile și pure a unei surse de curent continuu. Conform formulei de mai sus, se poate observa că tensiunea de ondulare trebuie măsurată pentru a găsi coeficientul de ondulare.
2 Măsurarea ondulației sursei de alimentare
Măsurarea precisă a ondulației sursei de alimentare necesită în general două instrumente, și anume sarcina electronică (încărcare electronică) și osciloscopul de stocare digitală (DSO).
Sarcinile electronice facilitează reglarea curentului și sunt în general setate în modul de rezistență constantă (CR); Osciloscoapele de stocare digitală pot captura direct întreaga formă de undă ondulată, stoca, amplifica și citi valoarea ondulației. Înlocuiți citirea osciloscopului în formulă pentru a obține coeficientul de ondulație.
Când măsurați, trebuie să acordați atenție următoarelor două puncte (aceste două puncte sunt deosebit de importante pentru acuratețea rezultatelor măsurătorii):
(1) Firul de împământare al sondei al osciloscopului digital de stocare trebuie să fie deconectat și trebuie folosit în schimb știftul arcului de împământare din ansamblul sondei. Poate împiedica cuplarea buclelor de masă la zgomotul EMI, făcând rezultatele măsurătorilor inexacte.
Firul de împământare al sondei este prea lung și zona buclei este prea mare, formând o antenă de recepție și provocând dezordinea de înaltă frecvență sau zgomotul EMI să se cupleze la semnalul măsurat.
(2) Osciloscopul digital de stocare în sine trebuie să își ajusteze setările.
Osciloscopul de stocare digitală trebuie să fie bine împământat pentru a filtra în continuare zgomotul adăugat de la capătul sursei de alimentare; utilizați cuplajul AC al osciloscopului de stocare digitală pentru a bloca DC, făcând testul de ondulare mai intuitiv și mai precis;
Testarea generală a ondulației necesită ca frecvența să fie limitată sub 20MHz, astfel încât osciloscopul de stocare digitală ar trebui să deschidă limita de lățime de bandă de 20MHz pentru a izola zgomotul de înaltă frecvență.
3 metode de a suprima ondularea sursei de alimentare
Pentru a suprima ondularea tensiunii de ieșire a unei surse de alimentare reglate, se adoptă în general următoarele patru metode: metoda de filtrare RLC, metoda de filtrare în mod comun, metoda de filtrare cu inel magnetic cu ferită și o combinație a celor trei metode.
Circuitul de filtru care suprimă ondulația sursei de alimentare DC-DC este demonstrat prin verificare experimentală. În experimentul de verificare, a fost selectată o sursă de alimentare DC-DC de 100 W, intrare 48 V, ieșire 5 V, model SD-100C{-5 de la Meanwell.
Osciloscopul de stocare digitală alege GDS-1072B GWINSTEK, cu o lățime de bandă de 70MHz, o rată de eșantionare de 1GSa/s și o adâncime de stocare de 10M per canal.
Sarcina electronică este PEL{{0}} de la GWINSTEK, cu un domeniu de tensiune de 1,5V~150V, un interval de curent de 0~35A și o putere de 175W.
Conform acestui calcul, curentul din circuit este de 20A. Figura 3 prezintă schema bloc de conectare a testului de ondulare a sursei de alimentare.
Pentru a face efectul de suprimare a ondulației sursei de alimentare mai intuitiv și mai evident, mai întâi scurtcircuitați circuitul de filtru al SD-100C-5 și măsurați ondulația tensiunii sale de ieșire. Din aceasta, se poate observa că ondulația sursei de alimentare este de aproximativ 85,6 mVpp și valoarea efectivă este de 48,2 mVrms.
