Switching-effektrippel er uundgåelig. Vores ultimative mål er at reducere udgangsrippelen til et tåleligt niveau. Den mest grundlæggende løsning for at opnå dette mål er at undgå generering af rippel. Først og fremmest årsagen.
Med SWITCH'ens kontakt svinger strømmen i induktansen L også op og ned ved den gyldige værdi af udgangsstrømmen. Derfor vil der også være en ripple, der har samme frekvens som kontakten ved udgangsenden. Generelt refererer ripples på ribben til dette, hvilket er relateret til udgangskondensatorens kapacitet og ESR. Frekvensen af denne ripple er den samme som den switchende strømforsyning, med et interval på ti til hundredvis af kHz.
Derudover bruger Switch generelt bipolære transistorer eller MOSFET'er. Uanset hvilken der er, vil der være en stige- og faldtid, når den er tændt og død. På dette tidspunkt vil der ikke være nogen støj i kredsløbet, der er den samme som stignings- og faldtiden for Switch'en, eller et par gange, og er generelt tiere MHz. Tilsvarende er dioden D i omvendt gendannelse. Det ækvivalente kredsløb er en serie af modstandskondensatorer og induktorer, som vil forårsage resonans, og støjfrekvensen er tiere MHz. Disse to støjtyper kaldes generelt højfrekvent støj, og amplituden er normalt meget større end ripplen.
Hvis det er en AC/DC-konverter, er der udover de to ovennævnte ripples (støj) også AC-støj. Frekvensen er frekvensen af AC-strømforsyningen, omkring 50-60 Hz. Der er også en co-mode-støj, fordi strømforsyningen i mange switching-strømforsyninger bruger skallen som en radiator, hvilket producerer en tilsvarende kapacitans.
Måling af switching power ripples
Grundlæggende krav:
Kobling med et oscilloskop AC
20 MHz båndbreddegrænse
Tag jordledningen fra sonden ud
1. AC-koblingen fjerner superpositions-jævnspændingen og opnår en nøjagtig bølgeform.
2. Åbning af båndbreddegrænsen på 20 MHz er for at forhindre interferens fra højfrekvent støj og forhindre fejl. Da amplituden af højfrekvent sammensætning er stor, bør den fjernes ved måling.
3. Tag jordklemmen fra oscilloskopproben, og brug jordmålingen til at reducere interferens. Mange afdelinger har ikke jordringe. Men overvej denne faktor, når du vurderer, om den er kvalificeret.
Et andet punkt er at bruge en 50Ω terminal. Ifølge oscilloskopets oplysninger er 50Ω-modulet beregnet til at fjerne DC-komponenten og måle AC-komponenten nøjagtigt. Der er dog få oscilloskoper med sådanne specielle prober. I de fleste tilfælde anvendes prober fra 100kΩ til 10MΩ, hvilket er midlertidigt uklart.
Ovenstående er de grundlæggende forholdsregler ved måling af switching-ripple. Hvis oscilloskopproben ikke er direkte udsat for udgangspunktet, bør den måles med snoede ledninger eller 50Ω koaksialkabler.
Når man måler højfrekvent støj, er oscilloskopets fulde bånd generelt på niveauet fra hundredvis af mega-GHz til GHz. Andre er de samme som ovenstående. Måske har forskellige virksomheder forskellige testmetoder. I sidste ende skal du kende dine testresultater.
Om oscilloskop:
Nogle digitale oscilloskoper kan ikke måle ripples korrekt på grund af interferens og lagringsdybde. På nuværende tidspunkt bør oscilloskopet udskiftes. Nogle gange er den gamle simuleringsoscilloskops båndbredde kun ti mega, men ydeevnen er bedre end den digitale oscilloskops.
Hæmning af switching power ripples
For skiftende ripples, der teoretisk og faktisk eksisterer, er der tre måder at undertrykke eller reducere dem på:
1. Øg induktansen og udgangskondensatorfiltreringen
Ifølge formlen for den switchende strømforsyning bliver strømudsvingsstørrelsen og induktansværdien af den induktive induktans omvendt proportionale, og udgangsripplerne og udgangskondensatorerne er omvendt proportionale. Derfor kan en forøgelse af elektriske kondensatorer og udgangskondensatorer reducere ripplerne.
Billedet ovenfor viser strømbølgeformen i switching-strømforsyningens induktans L. Dens ripplestrøm △i kan beregnes ud fra følgende formel:
Det kan ses, at en forøgelse af L-værdien eller en forøgelse af switchfrekvensen kan reducere strømudsvingene i induktansen.
Tilsvarende er forholdet mellem udgangsrippler og udgangskondensatorer: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Det kan ses, at en forøgelse af udgangskondensatorens værdi kan reducere ripplen.
Den sædvanlige metode er at bruge aluminiumselektrolytkondensatorer til udgangskapacitans for at opnå den store kapacitet. Elektrolytkondensatorer er dog ikke særlig effektive til at undertrykke højfrekvent støj, og ESR er relativt stor, så der vil blive tilsluttet en keramisk kondensator ved siden af for at kompensere for manglen på aluminiumselektrolytkondensatorer.
Samtidig, når strømforsyningen fungerer, forbliver spændingen VIN på indgangsterminalen uændret, men strømmen ændrer sig med kontakten. På dette tidspunkt leverer indgangsstrømforsyningen ikke en strømbrønd, normalt nær strømindgangsterminalen (f.eks. buck-typen, nær kontakten), og tilslutter kapacitansen for at levere strøm.
Efter anvendelse af denne modforanstaltning er Buck-switch-strømforsyningen vist i figuren nedenfor:
Ovenstående tilgang er begrænset til at reducere ripples. På grund af volumengrænsen vil induktansen ikke være særlig stor; udgangskondensatoren øges til en vis grad, og der er ingen tydelig effekt på reduktionen af ripples; stigningen i switchfrekvensen vil øge switchtabet. Så når kravene er strenge, er denne metode ikke særlig god.
For principperne for switching strømforsyninger kan du henvise til forskellige typer manualer til design af switching strømforsyninger.
2. To-niveau filtrering er at tilføje LC-filtre på første niveau
LC-filterets hæmmende effekt på støjrippelen er relativt tydelig. I henhold til den rippelfrekvens, der skal fjernes, skal du vælge den passende induktorkondensator til at danne filterkredsløbet. Generelt kan det reducere rippelerne godt. I dette tilfælde skal du overveje samplingspunktet for feedbackspændingen. (Som vist nedenfor)
Samplingpunktet vælges før LC-filteret (PA), og udgangsspændingen reduceres. Da enhver induktans har en DC-modstand, vil der, når der er en strømudgang, være et spændingsfald i induktansen, hvilket resulterer i et fald i strømforsyningens udgangsspænding. Og dette spændingsfald ændrer sig med udgangsstrømmen.
Prøvepunktet vælges efter LC-filteret (PB), således at udgangsspændingen er den ønskede spænding. Der er dog indført en induktans og en kondensator i strømforsyningssystemet, hvilket kan forårsage systemustabilitet.
3. Tilslut LDO-filtret efter udgangen fra strømforsyningen
Dette er den mest effektive måde at reducere ripples og støj. Udgangsspændingen er konstant, og det oprindelige feedbacksystem behøver ikke at ændres, men det er også den mest omkostningseffektive og har det højeste strømforbrug.
Enhver LDO har en indikator: støjdæmpningsforholdet. Det er en frekvens-DB-kurve, som vist i figuren nedenfor er kurven for LT3024.
Efter LDO er switching-ripplen generelt under 10 mV. Følgende figur er en sammenligning af ripples før og efter LDO:
Sammenlignet med kurven i figuren ovenfor og bølgeformen til venstre kan det ses, at LDO's hæmmende effekt er meget god for switching-ripples på hundredvis af kHz. Men inden for et højt frekvensområde er LDO's effekt ikke så ideel.
Reducer ripples. PCB-ledningsføringen af switching-strømforsyningen er også kritisk. Ved højfrekvent støj, på grund af den store højfrekvensfrekvens, er efterfiltreringen, selvom den har en vis effekt, ikke indlysende. Der findes særlige undersøgelser på dette område. Den enkleste fremgangsmåde er at bruge dioden og kapacitansen C eller RC, eller at serieforbinde induktansen.
Ovenstående figur viser et ækvivalent kredsløb af den faktiske diode. Når dioden er højhastigheds, skal parasitære parametre tages i betragtning. Under diodens reverse recovery bliver den ækvivalente induktans og ækvivalente kapacitans til en RC-oscillator, hvilket genererer højfrekvente oscillationer. For at undertrykke disse højfrekvente oscillationer er det nødvendigt at tilslutte kapacitans C eller et RC-buffernetværk i begge ender af dioden. Modstanden er generelt 10Ω-100 ω, og kapacitansen er 4,7PF-2,2NF.
Kapacitansen C eller RC på dioden C eller RC kan bestemmes ved gentagne tests. Hvis den ikke vælges korrekt, vil den forårsage mere kraftige svingninger.
Opslagstidspunkt: 8. juli 2023
