Strömförsörjning rippel och rippel koefficient
Huvudfunktionen för en strömförsörjning är att tillhandahålla elektrisk energi för elektroniska produkter, men strömförsörjningen kommer oundvikligen att introducera krusningar, brus, etc., vilket kommer att minska stabiliteten och tillförlitligheten hos det elektroniska systemet och till och med hela produkten.
Spänningsrippel kan i hög grad påverka olika kretsar i strömförsörjningen, såsom A/D-omvandlingskretsar, operationsförstärkarkretsar, likriktarfilterkretsar etc. Vanliga applikationer har följande faror:
Generera oönskade övertoner, vilket orsakar överspänning eller överström för att orsaka olyckor; öka ytterligare förluster och minska effektiviteten och utnyttjandet av elektrisk utrustning;
Få utrustning att fungera onormalt, påskynda åldrandet och förkorta livslängden; orsaka att reläskydd, automatiska enheter, datorsystem och annan utrustning fungerar onormalt eller inte fungerar normalt;
Det kan orsaka avvikelser i mät- och mätinstrument; störa kommunikationssystem, minska kvaliteten på signalöverföringen och till och med skada kommunikationsutrustning.
Därför, när man designar elektroniska produkter, är det nödvändigt att noggrant mäta krusningen och undertrycka krusningen inom ett visst intervall.
1 Strömförsörjning rippel och rippel koefficient
Strängt taget innehåller den reglerade strömförsörjningen fyra delar: krafttransformator, likriktarkrets, filterkrets och spänningsstabiliserande krets. Eftersom DC-DC också kan betraktas som en reglerad strömkälla, betraktas likriktarkretsen, filterkretsen och spänningsstabiliserande kretsen som de tre nödvändiga delarna av den reglerade strömförsörjningen [1].
Likriktarkretsen använder envägsledande enheter för att omvandla växelström till pulserande likström. Den pulserande likströmmen är inte jämn och innehåller en stor mängd växelströmskomponenter.
Filterkretsen använder energilagringskomponenter för att omvandla pulserande likström till en relativt platt likström. På grund av filterkretsens olika prestanda, även om den kan filtrera bort de flesta AC-komponenterna, kan den inte filtrera bort den helt.
Den spänningsstabiliserande kretsen efter likriktning och filtrering använder kretsens justeringsfunktion för att stabilisera utspänningen och reducera AC-komponenten till ett minimum. Denna AC-komponent som inte kan filtreras helt tillsammans med den stabila spänningsutgången kallas rippelspänning.
För att karakterisera prestandan för DC-reglerad strömförsörjningsfiltrering introduceras begreppet rippelkoefficient [2-3]. Rippelkoefficienten ψ definieras som procentvärdet av det effektiva värdet av rippelspänningen Vr och DC-utgångsspänningen Vo, det vill säga:
Rippelkoefficienten är en viktig indikator för att utvärdera den stabila och rena uteffekten av en likströmskälla. Enligt ovanstående formel kan man se att rippelspänningen måste mätas för att hitta rippelkoefficienten.
2 Mätning av strömförsörjningsrippel
Noggrann mätning av strömförsörjningsrippel kräver i allmänhet två instrument, nämligen elektronisk belastning (Electronic Load) och digitalt lagringsoscilloskop (DSO).
Elektroniska belastningar underlättar strömjustering och är i allmänhet inställda i konstant motståndsläge (CR); digitala lagringsoscilloskop kan direkt fånga hela rippelvågformen, lagra, förstärka och läsa ut rippelvärdet. Ersätt oscilloskopavläsningen i formeln för att få rippelkoefficienten.
När du mäter måste du vara uppmärksam på följande två punkter (dessa två punkter är särskilt viktiga för mätresultatens noggrannhet):
(1) Sondens jordledning till det digitala lagringsoscilloskopet måste kopplas ur och jordfjäderstiftet i sondenheten måste användas istället. Det kan förhindra att jordslingor kopplas till EMI-brus, vilket gör mätresultaten felaktiga.
Sondens jordledning är för lång och slingområdet är för stort, vilket bildar en mottagningsantenn och orsakar högfrekvent klotter eller EMI-brus att kopplas in i den uppmätta signalen.
(2) Det digitala lagringsoscilloskopet måste själv justera sina inställningar.
Det digitala lagringsoscilloskopet måste vara väl jordat för att ytterligare filtrera bort bruset från strömförsörjningsänden; använd AC-kopplingen på det digitala lagringsoscilloskopet för att blockera DC, vilket gör rippeltestet mer intuitivt och exakt;
Allmän rippeltestning kräver att frekvensen begränsas under 20MHz, så det digitala lagringsoscilloskopet bör öppna 20MHz-bandbreddsgränsen för att isolera högfrekvent brus.
3 metoder för att dämpa strömförsörjningsrippling
För att undertrycka rippeln av utspänningen från en reglerad strömförsörjning, används i allmänhet följande fyra metoder: RLC-filtreringsmetod, common mode-filtreringsmetod, ferritmagnetisk ringfiltreringsmetod och en kombination av de tre metoderna.
Filterkretsen som undertrycker DC-DC-strömförsörjningsrippel demonstreras genom experimentell verifiering. I verifieringsexperimentet valdes en 100W DC-DC-strömförsörjning, 48V-ingång, 5V-utgång, modell SD-100C-5 från Meanwell.
Det digitala lagringsoscilloskopet väljer GWINSTEK:s GDS-1072B, med en bandbredd på 70MHz, en samplingshastighet på 1GSa/s och ett lagringsdjup på 10M per kanal.
Den elektroniska belastningen är PEL{{0}} från GWINSTEK, med ett spänningsområde på 1,5V~150V, ett strömområde på 0~35A och en effekt på 175W.
Enligt denna beräkning är strömmen i kretsen 20A. Figur 3 visar anslutningsblockschemat för strömförsörjningsrippeltestet.
För att göra effekten av att undertrycka strömförsörjningsrippel mer intuitiv och uppenbar, kortslut först filterkretsen för SD-100C-5 och mät rippeln av dess utspänning. Av detta kan man se att strömförsörjningens rippel är cirka 85,6 mVpp och det effektiva värdet är 48,2 mVrms.
