Krusningsfaktorn och strömförsörjningen
Strömförsörjningens huvudfunktion är att tillhandahålla elektrisk energi för elektroniska produkter, men det kommer oundvikligen att introducera krusningar, brus, etc. under strömförsörjningen, 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-omvandlingskrets, operationsförstärkarkrets, likriktarfilterkrets etc. Vanliga applikationer har följande faror:
Oväntade övertoner genereras för att orsaka olyckor orsakade av överspänning eller överström; öka ytterligare förluster och minska effektiviteten och utnyttjandet av elektrisk utrustning;
Få utrustningen att fungera onormalt, påskynda åldrandet och förkorta livslängden; få reläskydd, automatiska enheter, datorsystem och annan utrustning att fungera onormalt eller inte fungera normalt;
Få mät- och mätinstrument att avvika; 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 Strömförsörjningsrippel och rippelfaktor
Strängt taget innehåller den stabiliserade strömförsörjningen fyra delar: krafttransformator, likriktarkrets, filterkrets och spänningsstabilisatorkrets. Eftersom DC-DC också kan betraktas som en stabiliserad strömkälla, betraktas likriktarkretsen, filterkretsen och den stabiliserade spänningskretsen som de tre nödvändiga delarna av den stabiliserade strömförsörjningen [1].
Likriktarkretsen använder enkelriktade ledande enheter för att omvandla växelström till pulserande likström. Den pulserande likströmmen är inte jämn och innehåller en stor mängd växelström.
Filterkretsen använder energilagringselementet för att omvandla den pulserande likströmmen till en relativt platt likström. På grund av filterkretsens olika prestanda, även om de flesta av växelströmskomponenterna kan filtreras bort, kan de inte filtreras bort 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 helt kan filtreras bort med den stabila spänningsutgången kallas rippelspänning.
För att karakterisera filterprestandan för DC-reglerad strömförsörjning introduceras begreppet rippelkoefficient [2-3]. Definiera rippelkoefficienten ψ som det procentuella värdet av rippelspänningens effektiva värde Vr och DC-utgångsspänningen Vo, nämligen:
Rippelkoefficient är ett viktigt index för att utvärdera den stabila och rena uteffekten av DC-strömförsörjning. 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 last (Electronic Load) och digitalt lagringsoscilloskop (Digital Storage Oscilloscope, DSO).
Den elektroniska belastningen är bekväm att justera strömmen, och den är vanligtvis inställd i konstant motståndsläge (CR); det digitala lagringsoscilloskopet kan direkt fånga hela rippelvågformen, lagra och förstärka den och läsa ut rippelvärdet. Byt ut oscilloskopavläsningen i formeln för att få krusningsfaktorn.
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 ersättas med jordfjäderstiftet i sondenheten. Det kan förhindra att jordslingan kopplas till EMI-brus och göra mätresultatet felaktigt.
Sondens jordledning är för lång och slingområdet är för stort, vilket bildar en mottagande antenn, högfrekvent klotter eller EMI-brus kopplas in i den uppmätta signalen.
(2) Det digitala lagringsoscilloskopet måste själv justera inställningarna.
Det digitala lagringsoscilloskopet måste ha en bra jordning för att ytterligare filtrera bort skräpet som tillkommer från strömförsörjningen; använd AC-kopplingen på det digitala lagringsoscilloskopet för att blockera DC, vilket gör rippeltestet mer intuitivt och exakt;
Det allmänna rippeltestet kräver att frekvensen begränsas under 20MHz, så det digitala lagringsoscilloskopet bör öppna 20MHz-bandbreddsgränsen för att isolera högfrekvent brus.
3 Metoder för att undertrycka strömförsörjningsrippel
För att undertrycka krusningen av utgångsspänningen från den reglerade strömförsörjningen, används i allmänhet följande fyra metoder: RLC-filtreringsmetod, common mode-filtreringsmetod, ferritmagnetisk ringfiltreringsmetod och en kombination av de tre metoderna.
Filterkretsen för att undertrycka DC-DC-strömförsörjningsrippel demonstreras genom experimentell verifiering. I verifieringsexperimentet väljs en 100W DC-DC-strömförsörjning med 48V-ingång och 5V-utgång, och modellen är SD-100C-5 av Meanwell.
Det digitala lagringsoscilloskopet väljer GDS-1072B för GWINSTEK, bandbredden är 70MHz, samplingshastigheten är 1GSa/s och lagringsdjupet för varje kanal är 10M.
Den elektroniska belastningen är PEL{{0}} från GWINSTEK, spänningsområdet är 1,5V~150V, strömintervallet är 0~35A och effekten är 175W.
Enligt denna beräkning är strömmen i kretsen 20A. Figur 3 är anslutningsblockschemat för effektrippeltestet.
För att göra effekten av att undertrycka strömförsörjningens rippel mer intuitiv och uppenbar, kortsluts filterkretsen för SD-100C-5 först, och rippeln av dess utspänning mäts. Det kan erhållas att strömförsörjningens rippel är ungefär 85,6 mVpp, och det effektiva värdet är 48,2 mVrms.
