Tápegység hullámzási és hullámossági együtthatója
A tápegység fő funkciója, hogy elektromos energiát biztosítson az elektronikai termékek számára, de az áramellátás elkerülhetetlenül hullámzást, zajt stb. okoz, ami csökkenti az elektronikai rendszer, sőt az egész termék stabilitását és megbízhatóságát.
A feszültség hullámossága nagymértékben befolyásolhatja a tápegység különböző áramköreit, például A/D átalakító áramköröket, műveleti erősítő áramköröket, egyenirányító szűrőáramköröket stb. A gyakori alkalmazások a következő veszélyekkel járnak:
Nemkívánatos felharmonikusok létrehozása, amelyek túlfeszültséget vagy túláramot okoznak balesetekhez; növeli a további veszteségeket és csökkenti az elektromos berendezések hatékonyságát és kihasználtságát;
A berendezés rendellenes működését okozza, felgyorsítja az öregedést és lerövidíti az élettartamot; a relévédelmet, az automata eszközöket, a számítógépes rendszereket és más berendezéseket rendellenesen vagy nem megfelelően működtetni;
Eltéréseket okozhat a mérő- és mérőműszerekben; zavarja a kommunikációs rendszereket, rontja a jelátvitel minőségét, és még a kommunikációs berendezéseket is károsítja.
Ezért az elektronikai termékek tervezésekor pontosan meg kell mérni a hullámzást, és bizonyos tartományon belül el kell nyomni a hullámzást.
1 Tápegység hullámossága és hullámzási együtthatója
Szigorúan véve a szabályozott tápegység négy részből áll: teljesítménytranszformátor, egyenirányító áramkör, szűrőkör és feszültségstabilizáló áramkör. Mivel a DC-DC is tekinthető szabályozott tápegységnek, az egyenirányító áramkör, a szűrőkör és a feszültségstabilizáló áramkör a szabályozott tápegység három szükséges részének tekinthető [1].
Az egyenirányító áramkör egyirányú vezető eszközöket használ a váltakozó áram pulzáló egyenárammá alakítására. A pulzáló egyenáram nem egyenletes, és nagy mennyiségű váltakozó áramú komponenst tartalmaz.
A szűrőáramkör energiatároló alkatrészeket használ a pulzáló egyenáram viszonylag lapos egyenárammá alakítására. A szűrőáramkör eltérő teljesítménye miatt bár ki tudja szűrni a váltakozó áramú komponensek nagy részét, nem tudja teljesen kiszűrni.
A feszültségstabilizáló áramkör egyenirányítás és szűrés után az áramkör beállítási funkcióját használja a kimeneti feszültség stabilizálására és az AC komponens minimálisra csökkentésére. Ezt a váltakozó áramú komponenst, amely a stabil feszültségkimenettel együtt nem lehet teljesen kiszűrni, hullámfeszültségnek nevezzük.
A DC szabályozott tápegység szűrés teljesítményének jellemzésére bevezettük a hullámossági együttható fogalmát [2-3]. A ψ hullámzási együttható a Vr hullámzási feszültség és a Vo DC kimeneti feszültség effektív értékének százalékos értéke, azaz:
A hullámossági együttható fontos mutató az egyenáramú tápegység stabil és tiszta kimenetének értékeléséhez. A fenti képlet alapján látható, hogy a hullámzási feszültséget meg kell mérni a hullámossági együttható meghatározásához.
2 Az áramellátás hullámzásának mérése
Az áramellátás hullámzásának pontos mérése általában két műszert igényel, nevezetesen az elektronikus terhelést (Electronic Load) és a digitális tárolóoszcilloszkópot (DSO).
Az elektronikus terhelések megkönnyítik az áramszabályozást, és általában állandó ellenállás módba (CR) vannak beállítva; A digitális tároló oszcilloszkópok közvetlenül rögzíthetik a teljes hullámformát, tárolhatják, felerősíthetik és kiolvashatják a hullámzási értéket. Helyettesítse be az oszcilloszkóp leolvasását a képletbe, hogy megkapja a hullámossági együtthatót.
A mérés során a következő két pontra kell ügyelni (ez a két pont különösen fontos a mérési eredmények pontossága szempontjából):
(1) A digitális tárolóoszcilloszkóp szonda földelő vezetékét ki kell húzni, és helyette a szondaszerelvény földelőrugó-csapját kell használni. Megakadályozhatja, hogy a földhurkok EMI-zajba kapcsolódjanak, ami pontatlanná teszi a mérési eredményeket.
A szonda testvezetéke túl hosszú és a hurok területe túl nagy, ami vevőantennát képez, és nagyfrekvenciás zűrzavart vagy EMI-zajt okoz a mért jelhez.
(2) A digitális tárolóoszcilloszkópnak magának kell módosítania a beállításait.
A digitális tárolóoszcilloszkópot jól földelni kell, hogy tovább szűrje a tápegység végéből származó zajt; használja a digitális tárolóoszcilloszkóp váltóáramú csatolását a DC blokkolására, így a hullámzásteszt intuitívabb és pontosabb;
Az általános hullámosság-teszt megköveteli, hogy a frekvenciát 20 MHz alá korlátozzák, ezért a digitális tárolóoszcilloszkópnak meg kell nyitnia a 20 MHz-es sávszélesség határát a nagyfrekvenciás zajok elkülönítése érdekében.
3 módszer a tápegység hullámzásának elnyomására
A szabályozott tápegység kimeneti feszültségének hullámzásának elnyomására általában a következő négy módszert alkalmazzák: RLC szűrési módszer, közös módú szűrési módszer, ferrit mágneses gyűrűs szűrési módszer és a három módszer kombinációja.
A DC-DC tápfeszültség hullámzását elnyomó szűrőáramkört kísérleti ellenőrzéssel mutatjuk be. Az ellenőrző kísérletben egy 100 W-os DC-DC tápegységet, 48 V-os bemenetet, 5 V-os kimenetet, a Meanwell SD-100C-5 modelljét választottuk ki.
A digitális tárolóoszcilloszkóp a GWINSTEK GDS-1072B-t választja, 70 MHz-es sávszélességgel, 1GSa/s mintavételezési sebességgel és csatornánként 10M tárolási mélységgel.
Az elektronikus terhelés PEL{{0}} a GWINSTEK-től, feszültségtartománya 1,5–150 V, áramtartománya 0–35 A, teljesítménye 175 W.
E számítás szerint az áramkörben az áram 20A. A 3. ábra a tápegység hullámosság-tesztjének bekötési blokkvázlatát mutatja.
Annak érdekében, hogy a tápegység hullámzásának elnyomásának hatása intuitívabb és nyilvánvalóbb legyen, először zárja rövidre az SD-100C-5 szűrő áramkörét, és mérje meg a kimeneti feszültség hullámzását. Ebből látható, hogy a tápegység hullámzása hozzávetőlegesen 85,6 mVpp, az effektív érték pedig 48,2 mVrms.
