Hogyan lehet megoldani a kapcsolóüzemű tápegység zaját
Kikapcsolás, kis méret, alacsony költség és nagy hatásfok kiváló érték.
Legnagyobb hátránya azonban a magas kimeneti zaj a magas kapcsolási tranziensek miatt. Ez a hiányosság az, ami megakadályozza, hogy nagy teljesítményű analóg áramkörökben használják őket, amelyeket főként lineáris szabályozók táplálnak.
Azonban bebizonyosodott, hogy sok alkalmazásban egy megfelelően szűrt kapcsolókonverter képes a lineáris szabályozó helyett alacsony zajszintű tápegységet generálni.
Ezért szükséges egy optimalizált és csillapított többfokozatú szűrő kialakítása a kapcsolóteljesítmény-átalakító kimeneti zajának kiküszöbölésére.
A cikkben szereplő példaáramkör egy boost konvertert használ, de az eredmények közvetlenül alkalmazhatók bármely DC-DC konverterre. Az 1. ábra mutatja az állandó áramú (CCM) boost converter alapvető hullámformáit.
1. ábra: A Boost Converter alapvető feszültség- és áram hullámformái
A kimeneti szűrő fontos a boost topológiához vagy bármely más, nem folytonos áramú üzemmódú topológiához, mivel a B kapcsoló áramának gyors emelkedési és lefutási ideje van. Ez parazita induktivitást eredményez a gerjesztő kapcsolókban, az elrendezésben és a kimeneti kondenzátorokban. Az eredmény az, hogy a tényleges használat során a kimeneti hullámforma jobban hasonlít a 2. ábrához, mint az 1. ábrához, még jó elrendezés és kerámia kimeneti kondenzátorok esetén is.
2. A DCM-ben lévő boost konverter tipikus mért hullámformái
A kondenzátor töltés változásából adódó kapcsolási hullámosság (kapcsolási frekvencia) nagyon kicsi a kimeneti kapcsoló csillapítatlan csengéséhez képest, amelyet a továbbiakban kimeneti zajnak nevezünk. Ez a kimeneti zaj jellemzően 10 MHz-től 100 MHz feletti tartományba esik, jóval meghaladja a legtöbb kerámia kimeneti kondenzátor önrezonancia frekvenciáját. Ezért az extra kapacitás hozzáadása nem sokat tesz a zajcsillapítás terén.
Ezen kimenet szűrésére is sokféle szűrő létezik. Minden szűrőt elmagyarázunk, és lépésről lépésre megadjuk a tervezést.
Az ebben a cikkben szereplő képletek nem szigorúak, és néhány ésszerű feltételezés van a képletek bizonyos mértékig történő egyszerűsítésére. Néhány iteráció továbbra is szükséges, mivel minden komponens befolyásolja a többi komponens értékét.
Az ADIsimPower tervezőeszköz elkerüli ezt a problémát azáltal, hogy linearizációs képletet használ az összetevők értékére (például költségre vagy méretre), hogy optimalizálja az összetevőket, mielőtt ténylegesen kiválasztaná az összetevőket, majd optimalizálja a kimenetet, miután kiválasztotta a tényleges összetevőket egy több ezer eszközt tartalmazó adatbázisból. De ez a bonyolultsági szint szükségtelen, ha egy tervezéssel kezdünk. A mellékelt számítások, egy SIMPLIS szimulátor – például az ingyenes ADIsimPE™ – használatával, vagy a laboratóriumi munkapadnál eltöltött idő segítségével minimális erőfeszítéssel kielégítő konstrukciót kaphat.
