Strømforsyning krusning og krusning faktor
Strømforsyningens hovedfunktion er at levere elektrisk energi til elektroniske produkter, men det vil uundgåeligt introducere krusninger, støj osv. under strømforsyningen, hvilket vil reducere stabiliteten og pålideligheden af det elektroniske system og endda hele produktet.
Spændingsrippel kan i høj grad påvirke forskellige kredsløb i strømforsyningen, såsom A/D-konverteringskredsløb, operationsforstærkerkredsløb, ensretterfilterkredsløb osv. Almindelige applikationer har følgende farer:
Uventede harmoniske genereres for at forårsage ulykker forårsaget af overspænding eller overstrøm; øge yderligere tab og reducere effektiviteten og udnyttelsen af elektrisk udstyr;
Få udstyret til at køre unormalt, fremskynd aldring og forkort levetiden; få relæbeskyttelse, automatiske enheder, computersystemer og andet udstyr til at køre unormalt eller ikke fungere normalt;
Få måle- og måleinstrumenter til at afvige; forstyrre kommunikationssystemer, reducere signaltransmissionskvaliteten og endda beskadige kommunikationsudstyr.
Derfor, når man designer elektroniske produkter, er det nødvendigt at måle krusningen nøjagtigt og undertrykke krusningen inden for et bestemt område.
1 Strømforsyning krusning og krusningsfaktor
Strengt taget omfatter den stabiliserede strømforsyning fire dele: strømtransformator, ensretterkredsløb, filterkredsløb og spændingsstabilisatorkredsløb. Da DC-DC også kan betragtes som en stabiliseret strømforsyning, betragtes ensretterkredsløbet, filterkredsløbet og stabiliseret spændingskredsløb som de nødvendige tre dele af den stabiliserede strømforsyning [1].
Ensretterkredsløbet bruger ensrettede ledende enheder til at konvertere vekselstrøm til pulserende jævnstrøm. Den pulserende jævnstrøm er ikke jævn og indeholder en stor mængde vekselstrøm.
Filterkredsløbet bruger energilagringselementet til at omdanne den pulserende jævnstrøm til en forholdsvis flad jævnstrøm. På grund af filterkredsløbets forskellige ydeevne, selvom de fleste af vekselstrømskomponenterne kan filtreres fra, kan de ikke filtreres fuldstændigt ud.
Spændingsstabiliserende kredsløb efter ensretning og filtrering bruger kredsløbets justeringsfunktion til at stabilisere udgangsspændingen og reducere AC-komponenten til et minimum. Denne AC-komponent, der ikke kan filtreres helt ud med den stabile spændingsudgang, kaldes rippelspænding.
For at karakterisere filterydelsen af DC-reguleret strømforsyning introduceres begrebet rippelkoefficient [2-3]. Definer krusningskoefficienten ψ som den procentvise værdi af krusningsspændingens effektive værdi Vr og DC-udgangsspændingen Vo, nemlig:
Ripple-koefficient er et vigtigt indeks til at evaluere det stabile og rene output af DC-strømforsyning. Ifølge ovenstående formel kan det ses, at krusningsspændingen skal måles for at finde krusningskoefficienten.
2 Måling af strømforsyningsrippel
Præcis måling af strømforsyningsrippel kræver generelt to instrumenter, nemlig elektronisk belastning (Electronic Load) og digitalt lageroscilloskop (Digital Storage Oscilloscope, DSO).
Den elektroniske belastning er praktisk at justere strømmen, og den er generelt indstillet i konstant modstandstilstand (CR); det digitale lageroscilloskop kan direkte fange hele bølgeformen, lagre og forstærke den og udlæse bølgeværdien. Erstat oscilloskopaflæsningen i formlen for at få krusningsfaktoren.
Ved måling skal du være opmærksom på følgende to punkter (disse to punkter er især vigtige for nøjagtigheden af måleresultaterne):
(1) Sondejordledningen til det digitale lageroscilloskop skal tages ud af stikket og udskiftes med jordfjederstiften i sondesamlingen. Det kan forhindre jordsløjfens kobling til EMI-støj og gøre måleresultatet unøjagtigt.
Sondens jordledning er for lang, og sløjfeområdet er for stort, og danner en modtageantenne, højfrekvent clutter eller EMI-støj vil blive koblet ind i det målte signal.
(2) Det digitale lageroscilloskop skal selv justere indstillingerne.
Det digitale lageroscilloskop skal have en god jordforbindelse for yderligere at bortfiltrere rod, der tilføjes fra strømforsyningen; brug AC-koblingen på det digitale lageroscilloskop til at blokere jævnstrømmen, hvilket gør ripple-testen mere intuitiv og nøjagtig;
Den generelle ripple-test kræver, at frekvensen er begrænset til under 20MHz, så det digitale lageroscilloskop bør åbne båndbreddegrænsen på 20MHz for at isolere højfrekvent støj.
3 Metoder til at undertrykke strømforsyningens krusning
Der er generelt fire metoder til at undertrykke krusningen af udgangsspændingen fra den regulerede strømforsyning: RLC-filtreringsmetode, common mode-filtreringsmetode, ferritmagnetisk ringfiltreringsmetode og en kombination af de tre metoder.
Filterkredsløbet til at undertrykke DC-DC strømforsyningsrippel demonstreres gennem eksperimentel verifikation. I verifikationsforsøget vælges en 100W DC-DC strømforsyning med 48V input og 5V output, og modellen er SD-100C-5 af Meanwell.
Det digitale lageroscilloskop vælger GDS-1072B af GWINSTEK, båndbredden er 70MHz, samplingshastigheden er 1GSa/s, og hver kanals lagerdybde er 10M.
Den elektroniske belastning er PEL{{0}} fra GWINSTEK, spændingsområdet er 1,5V~150V, strømområdet er 0~35A, og effekten er 175W.
Ifølge denne beregning er strømmen i kredsløbet 20A. Figur 3 er forbindelsesblokdiagrammet for effektrippeltesten.
For at gøre effekten af at undertrykke strømforsyningens krusning mere intuitiv og indlysende, kortsluttes filterkredsløbet for SD-100C-5 først, og krusningen af dets udgangsspænding måles. Det kan opnås, at strømforsyningens rippel er omtrent 85,6 mVpp, og den effektive værdi er 48,2 mVrms.
