Pulsacijos koeficientas ir maitinimo šaltinis
Pagrindinė maitinimo šaltinio funkcija yra aprūpinti elektros energiją elektroniniams gaminiams, tačiau maitinimo metu jis neišvengiamai sukels raibuliavimą, triukšmą ir pan., o tai sumažins elektroninės sistemos ir net viso gaminio stabilumą bei patikimumą.
Įtampos pulsacija gali labai paveikti įvairias maitinimo šaltinio grandines, pvz., A/D konversijos grandinę, operacinio stiprintuvo grandinę, lygintuvo filtro grandinę ir kt. Įprastos programos turi šiuos pavojus:
Sukuriamos netikėtos harmonikos, sukeliančios nelaimingus atsitikimus dėl viršįtampių arba viršsrovių; padidinti papildomus nuostolius ir sumažinti elektros įrangos efektyvumą bei panaudojimą;
Įranga veikia neįprastai, paspartina senėjimą ir sutrumpina tarnavimo laiką; nenormaliai veikti relinę apsaugą, automatinius įrenginius, kompiuterines sistemas ir kitą įrangą arba neveikti normaliai;
Nukrypti nuo matavimo ir matavimo priemonių; trukdyti ryšio sistemoms, pabloginti signalo perdavimo kokybę ir net sugadinti ryšio įrangą.
Todėl, projektuojant elektroninius gaminius, būtina tiksliai išmatuoti pulsaciją ir slopinti pulsaciją tam tikrame diapazone.
1 Maitinimo šaltinio pulsacijos ir pulsacijos koeficientas
Griežtai kalbant, stabilizuotą maitinimo šaltinį sudaro keturios dalys: galios transformatorius, lygintuvo grandinė, filtro grandinė ir įtampos stabilizatoriaus grandinė. Kadangi DC-DC taip pat gali būti laikomas stabilizuotu maitinimo šaltiniu, lygintuvo grandinė, filtro grandinė ir stabilizuotos įtampos grandinė laikomos būtinomis trimis stabilizuoto maitinimo šaltinio dalimis [1].
Lygintuvo grandinėje naudojami vienkrypčiai laidūs įtaisai, paverčiantys kintamąją srovę į pulsuojančią nuolatinę srovę. Pulsuojanti nuolatinė srovė nėra lygi ir joje yra daug kintamosios srovės.
Filtro grandinė naudoja energijos kaupimo elementą, kad pulsuojančią nuolatinę srovę paverstų santykinai plokščia nuolatine srove. Dėl skirtingo filtro grandinės veikimo, nors daugumą kintamosios srovės komponentų galima išfiltruoti, jų negalima visiškai išfiltruoti.
Įtampos stabilizavimo grandinė po ištaisymo ir filtravimo naudoja grandinės reguliavimo funkciją, kad stabilizuotų išėjimo įtampą ir sumažintų kintamosios srovės komponentą iki minimumo. Šis kintamosios srovės komponentas, kurio negalima visiškai išfiltruoti naudojant stabilią įtampą, vadinamas pulsavimo įtampa.
Siekiant apibūdinti nuolatinės srovės reguliuojamo maitinimo šaltinio filtro veikimą, įvedama pulsacijos koeficiento sąvoka [2-3]. Apibrėžkite pulsacijos koeficientą ψ kaip pulsavimo įtampos efektyviosios vertės Vr ir nuolatinės srovės išėjimo įtampos Vo procentinę vertę, būtent:
Pulsacijos koeficientas yra svarbus rodiklis, leidžiantis įvertinti stabilią ir gryną nuolatinės srovės maitinimo šaltinio išvestį. Pagal pirmiau pateiktą formulę matyti, kad pulsavimo įtampą reikia išmatuoti norint rasti pulsacijos koeficientą.
2 Maitinimo šaltinio pulsacijos matavimas
Norint tiksliai išmatuoti maitinimo šaltinio pulsaciją, paprastai reikia dviejų prietaisų, būtent elektroninės apkrovos (elektroninės apkrovos) ir skaitmeninio saugojimo osciloskopo (skaitmeninio saugojimo osciloskopo, DSO).
Elektroninė apkrova yra patogi reguliuoti srovę ir paprastai nustatoma pastovios varžos režimu (CR); skaitmeninis saugojimo osciloskopas gali tiesiogiai užfiksuoti visą pulsacijos bangos formą, išsaugoti ir sustiprinti ją bei nuskaityti pulsacijos reikšmę. Pakeiskite osciloskopo rodmenis į formulę, kad gautumėte pulsacijos koeficientą.
Matuodami turite atkreipti dėmesį į šiuos du taškus (šie du taškai yra ypač svarbūs matavimo rezultatų tikslumui):
(1) Skaitmeninio saugojimo osciloskopo zondo įžeminimo laidas turi būti atjungtas ir pakeistas įžeminimo spyruokliniu kaiščiu zondo sąrankoje. Tai gali užkirsti kelią įžeminimo kilpos sujungimui su EMI triukšmu ir padaryti matavimo rezultatus netikslius.
Zondo įžeminimo laidas per ilgas, o kilpos plotas per didelis, todėl susidaro priėmimo antena, į išmatuotą signalą susijungia aukšto dažnio trikdžiai arba EMI triukšmas.
(2) Pats skaitmeninis saugojimo osciloskopas turi pakoreguoti nustatymus.
Skaitmeninis saugojimo osciloskopas turi turėti gerą įžeminimą, kad būtų galima toliau filtruoti netvarką, atsirandančią iš maitinimo šaltinio; naudokite skaitmeninio saugojimo osciloskopo kintamosios srovės jungtį, kad užblokuotumėte nuolatinę srovę, kad pulsavimo testas būtų intuityvesnis ir tikslesnis;
Atliekant bendrą pulsacijos testą, dažnis turi būti apribotas žemiau 20 MHz, todėl skaitmeninis saugojimo osciloskopas turėtų atverti 20 MHz dažnių juostos pločio ribą, kad būtų izoliuotas aukšto dažnio triukšmas.
3 Maitinimo pulsavimo slopinimo būdai
Norint slopinti reguliuojamo maitinimo šaltinio išėjimo įtampos pulsaciją, paprastai naudojami šie keturi metodai: RLC filtravimo metodas, bendrojo režimo filtravimo metodas, ferito magnetinio žiedo filtravimo metodas ir trijų metodų derinys.
Filtro grandinė, skirta slopinti DC-DC maitinimo šaltinio pulsaciją, parodyta eksperimentiniu patikrinimu. Tikrinimo eksperimente pasirinktas 100 W nuolatinės srovės maitinimo šaltinis su 48 V įvestimi ir 5 V išėjimu, o modelis yra „Meanwell“ SD-100C-5.
Skaitmeninis saugojimo osciloskopas pasirenka GWINSTEK GDS-1072B, dažnių juostos plotis yra 70 MHz, atrankos dažnis yra 1 GSa/s, o kiekvieno kanalo saugojimo gylis yra 10 M.
Elektroninė apkrova yra PEL{{0}} iš GWINSTEK, įtampos diapazonas yra 1,5 V ~ 150 V, srovės diapazonas yra 0 ~ 35 A, o galia yra 175 W.
Pagal šį skaičiavimą srovė grandinėje yra 20A. 3 paveiksle parodyta maitinimo pulsacijos bandymo prijungimo blokinė schema.
Kad maitinimo šaltinio pulsacijos slopinimo efektas būtų intuityvesnis ir akivaizdesnis, pirmiausia trumpai sujungiama SD-100C-5 filtro grandinė ir išmatuojamas jos išėjimo įtampos pulsavimas. Galima gauti, kad maitinimo šaltinio pulsacija yra maždaug 85,6 mVpp, o efektyvioji vertė yra 48,2 mVrms.
