Aaltoilukerroin ja virtalähde
Virtalähteen päätehtävänä on tuottaa sähköenergiaa elektroniikkatuotteille, mutta se aiheuttaa väistämättä virransyötön aikana aaltoilua, kohinaa jne., mikä heikentää elektroniikkajärjestelmän ja jopa koko tuotteen vakautta ja luotettavuutta.
Jännitteen aaltoilu voi vaikuttaa suuresti eri virtalähteen piireihin, kuten A/D-muunnospiiriin, operaatiovahvistinpiiriin, tasasuuntaajan suodatinpiiriin jne. Yleisissä sovelluksissa on seuraavat vaarat:
Odottamattomia harmonisia syntyy aiheuttamaan ylijännitteen tai ylivirran aiheuttamia onnettomuuksia; lisätä lisähäviöitä ja vähentää sähkölaitteiden tehokkuutta ja käyttöastetta;
Saa laitteet toimimaan epänormaalisti, nopeuttamaan ikääntymistä ja lyhentämään käyttöikää; saa releen suojauksen, automaattiset laitteet, tietokonejärjestelmät ja muut laitteet toimimaan epänormaalisti tai eivät toimi normaalisti;
Aseta mittaus- ja mittauslaitteet poikkeamaan; 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 stabiloitu virtalähde sisältää neljä osaa: tehomuuntajan, tasasuuntaajan piirin, suodatinpiirin ja jännitteen stabilointipiirin. Koska DC-DC voidaan pitää myös stabiloituna teholähteenä, tasasuuntaajapiiriä, suodatinpiiriä ja stabiloitua jännitepiiriä pidetään stabiloidun teholähteen kolmena välttämättömänä osana [1].
Tasasuuntaajapiiri käyttää yksisuuntaisia johtavia laitteita vaihtovirran muuttamiseksi sykkiväksi tasavirraksi. Sykkivä tasavirta ei ole tasaista ja sisältää suuren määrän vaihtovirtaa.
Suodatinpiiri käyttää energian varastointielementtiä muuttamaan sykkivä tasavirta suhteellisen tasaiseksi tasavirraksi. Vaikka suurin osa vaihtovirtakomponenteista voidaan suodattaa pois, suodatinpiirin erilaisen suorituskyvyn vuoksi niitä ei voida suodattaa 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 pois vakaalla jännitelähdöllä, kutsutaan aaltoilujännitteeksi.
Tasavirtasäädellyn teholähteen suodattimen suorituskyvyn karakterisoimiseksi otetaan käyttöön aaltoilukertoimen käsite [2-3]. Määritä aaltoilukerroin ψ aaltoilujännitteen tehollisen arvon Vr ja DC-lähtöjännitteen Vo prosentteina, nimittäin:
Aaltoilukerroin on tärkeä indeksi tasavirtalähteen vakaan ja puhtaan tehon arvioinnissa. 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 (Digital Storage Oscilloscope, DSO).
Elektronisella kuormalla on kätevä säätää virtaa, ja se asetetaan yleensä vakioresistanssitilaan (CR); digitaalinen tallennusoskilloskooppi voi kaapata suoraan koko aaltoilun, tallentaa ja vahvistaa sen sekä lukea aaltoiluarvon. Korvaa oskilloskoopin lukema kaavaan saadaksesi aaltoilutekijän.
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 korvattava maadoitusjousitapilla anturikokoonpanossa. Se voi estää maasilmukan kytkeytymisen EMI-kohinaksi ja tehdä mittaustuloksesta epätarkan.
Anturin maadoitusjohto on liian pitkä ja silmukka-alue liian suuri, jolloin vastaanottoantennin muodostuminen, mitattuun signaaliin kytkeytyy suurtaajuista välkettä tai EMI-kohinaa.
(2) Digitaalisen tallennusoskilloskoopin on itse säädettävä asetuksia.
Digitaalisessa tallennusoskilloskoopissa on oltava hyvä maadoitus, jotta se suodattaa edelleen virtalähteestä lisättyä sotkua; käytä digitaalisen tallennusoskilloskoopin AC-kytkintä DC:n estämiseen, mikä tekee aaltoilutestistä intuitiivisemman ja tarkemman;
Yleinen aaltoilutesti edellyttää taajuuden rajoittamista alle 20 MHz:iin, joten digitaalisen tallennusoskilloskoopin pitäisi avata 20 MHz:n kaistanleveysraja korkeataajuisen kohinan eristämiseksi.
3 Menetelmiä virtalähteen aaltoilun vaimentamiseen
Säännellyn teholähteen lähtöjännitteen aaltoilun vaimentamiseksi käytetään yleisesti seuraavia neljää menetelmää: RLC-suodatusmenetelmä, yhteismoodisuodatusmenetelmä, ferriittimagneettinen rengassuodatusmenetelmä ja näiden kolmen menetelmän yhdistelmä.
Suodatinpiiri DC-DC-virtalähteen aaltoilun vaimentamiseksi on osoitettu kokeellisella tarkastuksella. Varmistuskokeessa valitaan 100 W DC-DC-virtalähde 48 V:n tulolla ja 5 V:n ulostulolla, ja malli on Meanwellin SD-100C-5.
Digitaalinen tallennusoskilloskooppi valitsee GWINSTEKin GDS-1072B, kaistanleveys on 70 MHz, näytteenottotaajuus 1GSa/s ja kunkin kanavan tallennussyvyys on 10M.
Elektroninen kuorma on GWINSTEKin PEL{{0}}, jännitealue on 1,5 V ~ 150 V, virta-alue 0 ~ 35 A ja teho 175 W.
Tämän laskelman mukaan virtapiirissä on 20A. Kuva 3 on tehon aaltoilutestin kytkentälohkokaavio.
Jotta teholähteen aaltoilun vaimennusvaikutus olisi intuitiivisempi ja ilmeisempi, SD-100C-5 suodatinpiiri oikosuljetaan ensin ja sen lähtöjännitteen aaltoilu mitataan. Voidaan saada, että virtalähteen aaltoilu on noin 85,6 mVpp ja tehollinen arvo on 48,2 mVrms.
