Virtalähteen aaltoilu ja aaltoilukerroin
Virtalähteen päätehtävä on tuottaa sähköenergiaa elektroniikkatuotteille, mutta virtalähde aiheuttaa väistämättä aaltoilua, kohinaa jne., mikä heikentää elektroniikkajärjestelmän ja jopa koko tuotteen vakautta ja luotettavuutta.
Jännitteen aaltoilu voi vaikuttaa suuresti eri virtalähteen piireihin, kuten A/D-muunnospiireihin, operaatiovahvistinpiireihin, tasasuuntaajan suodatinpiireihin jne. Yleisissä sovelluksissa on seuraavat vaarat:
Muodostaa ei-toivottuja yliaaltoja, jotka aiheuttavat ylijännitteen tai ylivirran aiheuttaen onnettomuuksia; lisätä lisähäviöitä ja vähentää sähkölaitteiden tehokkuutta ja käyttöastetta;
Aiheuttaa laitteiden epänormaalia toimintaa, nopeuttaa ikääntymistä ja lyhentää käyttöikää; aiheuttaa releen suojauksen, automaattiset laitteet, tietokonejärjestelmät ja muut laitteet toimimaan epänormaalisti tai eivät toimi normaalisti;
Se voi aiheuttaa poikkeamia mittaus- ja mittauslaitteissa; häiritä viestintäjärjestelmiä, heikentää signaalin lähetyksen laatua ja jopa vahingoittaa viestintälaitteita.
Siksi elektronisia tuotteita suunniteltaessa on tarpeen mitata tarkasti aaltoilu ja vaimentaa aaltoilu tietyllä alueella.
1 Virtalähteen aaltoilu ja aaltoilukerroin
Tarkkaan ottaen säännelty teholähde sisältää neljä osaa: tehomuuntajan, tasasuuntaajan piirin, suodatinpiirin ja jännitteen stabilointipiirin. Koska DC-DC voidaan katsoa myös säädettäväksi teholähteeksi, tasasuuntaajapiiriä, suodatinpiiriä ja jännitteen stabilointipiiriä pidetään säädetyn teholähteen kolmena välttämättömänä osana [1].
Tasasuuntaajapiiri käyttää yksisuuntaisia johtavia laitteita vaihtovirran muuttamiseksi sykkiväksi tasavirraksi. Sykkivä tasavirta ei ole tasaista ja sisältää suuren määrän vaihtovirtakomponentteja.
Suodatinpiiri käyttää energiaa varastoivia komponentteja muuntaakseen sykkivän tasavirran suhteellisen tasaiseksi tasatehoksi. Suodatinpiirin erilaisen suorituskyvyn vuoksi, vaikka se voi suodattaa suurimman osan vaihtovirtakomponenteista, se ei voi suodattaa sitä kokonaan pois.
Jännitteen stabilointipiiri tasasuuntauksen ja suodatuksen jälkeen käyttää piirin säätötoimintoa tasaamaan lähtöjännitteen ja vähentämään AC-komponentin minimiin. Tätä AC-komponenttia, jota ei voida täysin suodattaa yhdessä vakaan jännitelähdön kanssa, kutsutaan aaltoilujännitteeksi.
Tasavirtasäädellyn teholähteen suodatuksen suorituskyvyn karakterisoimiseksi otetaan käyttöön aaltoilukertoimen käsite [2-3]. Aaltoilukerroin ψ määritellään aaltoilujännitteen Vr ja DC-lähtöjännitteen Vo tehollisen arvon prosentteina, eli:
Aaltoilukerroin on tärkeä indikaattori arvioitaessa tasavirtalähteen vakaata ja puhdasta tehoa. Yllä olevan kaavan mukaan voidaan nähdä, että aaltoilujännite on mitattava aaltoilukertoimen löytämiseksi.
2 Virtalähteen aaltoilun mittaus
Virtalähteen aaltoilun tarkka mittaus vaatii yleensä kaksi instrumenttia, nimittäin elektronisen kuorman (Electronic Load) ja digitaalisen tallennusoskilloskoopin (DSO).
Elektroniset kuormat helpottavat virran säätöä ja asetetaan yleensä vakioresistanssitilaan (CR); Digitaaliset tallennusoskilloskoopit voivat siepata suoraan koko aaltoilun, tallentaa, vahvistaa ja lukea aaltoiluarvon. Korvaa oskilloskoopin lukema kaavaan saadaksesi aaltoilukertoimen.
Mittauksen aikana on kiinnitettävä huomiota seuraaviin kahteen kohtaan (nämä kaksi pistettä ovat erityisen tärkeitä mittaustulosten tarkkuuden kannalta):
(1) Digitaalisen tallennusoskilloskoopin anturin maadoitusjohto on irrotettava ja sen sijaan on käytettävä mittapääkokoonpanossa olevaa maadoitusjousitappia. Se voi estää maasilmukoiden kytkeytymisen EMI-kohinaan, mikä tekee mittaustuloksista epätarkkoja.
Anturin maadoitusjohto on liian pitkä ja silmukka-alue liian suuri, mikä muodostaa vastaanottoantennin ja aiheuttaa suurtaajuisen välkkeen tai EMI-kohinan kytkeytymisen mitattuun signaaliin.
(2) Itse digitaalisen tallennusoskilloskoopin on säädettävä asetuksiaan.
Digitaalinen tallennusoskilloskooppi on maadoitettu hyvin, jotta se suodattaa edelleen pois virtalähteestä tulevan melun; käytä digitaalisen tallennusoskilloskoopin AC-kytkintä DC:n estämiseen, mikä tekee aaltoilutestistä intuitiivisemman ja tarkemman;
Yleinen aaltoilutestaus edellyttää taajuuden rajoittamista alle 20 MHz:iin, joten digitaalisen tallennusoskilloskoopin pitäisi avata 20 MHz:n kaistanleveysraja korkeataajuisen kohinan eristämiseksi.
3 tapaa vaimentaa virtalähteen aaltoilua
Säännellyn teholähteen lähtöjännitteen aaltoilun vaimentamiseksi käytetään yleisesti seuraavia neljää menetelmää: RLC-suodatusmenetelmä, yhteismoodisuodatusmenetelmä, ferriittimagneettinen rengassuodatusmenetelmä ja näiden kolmen menetelmän yhdistelmä.
Suodatinpiiri, joka vaimentaa DC-DC-virtalähteen aaltoilua, on osoitettu kokeellisella tarkastuksella. Varmistuskokeessa valittiin Meanwellin 100 W DC-DC virtalähde, 48 V tulo, 5 V lähtö, malli SD-100C-5.
Digitaalinen tallennusoskilloskooppi valitsee GWINSTEKin GDS-1072B:n, jonka kaistanleveys on 70 MHz, näytteenottotaajuus 1GSa/s ja tallennussyvyys 10 M kanavaa kohti.
Elektroninen kuorma on GWINSTEKin PEL{{0}}, jonka jännitealue on 1,5–150 V, virta-alue 0–35 A ja teho 175 W.
Tämän laskelman mukaan virtapiirissä on 20A. Kuvassa 3 näkyy virtalähteen aaltoilutestin kytkentälohkokaavio.
Jotta teholähteen aaltoilun vaimennusvaikutus olisi intuitiivisempi ja ilmeisempi, oikosulje ensin SD-100C-5 suodatinpiiri ja mittaa sen lähtöjännitteen aaltoilu. Tästä voidaan nähdä, että virtalähteen aaltoilu on noin 85,6 mVpp ja tehollinen arvo 48,2 mVrms.
