Strømforsyning rippel og rippel koefficient
Hovedfunktionen af en strømforsyning er at levere elektrisk energi til elektroniske produkter, men strømforsyningen vil uundgåeligt introducere krusninger, støj osv., 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:
Generer uønskede harmoniske, hvilket forårsager overspænding eller overstrøm for at forårsage ulykker; øge yderligere tab og reducere effektiviteten og udnyttelsen af elektrisk udstyr;
Få udstyr til at fungere unormalt, fremskynde aldring og forkorte levetiden; få relæbeskyttelse, automatiske enheder, computersystemer og andet udstyr til at fungere unormalt eller ikke fungere normalt;
Det kan forårsage afvigelser i måle- og måleinstrumenter; 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 krusning koefficient
Strengt taget omfatter den regulerede strømforsyning fire dele: strømtransformator, ensretterkredsløb, filterkredsløb og spændingsstabiliserende kredsløb. Da DC-DC også kan betragtes som en reguleret strømforsyning, betragtes ensretterkredsløbet, filterkredsløbet og spændingsstabiliserende kredsløb som de tre nødvendige dele af den regulerede strømforsyning [1].
Ensretterkredsløbet bruger envejs ledende enheder til at konvertere vekselstrøm til pulserende jævnstrøm. Den pulserende jævnstrøm er ikke jævn og indeholder en stor mængde vekselstrømskomponenter.
Filterkredsløbet bruger energilagringskomponenter til at konvertere pulserende jævnstrøm til en relativt flad jævnstrøm. På grund af filterkredsløbets forskellige ydeevne kan det, selv om det kan bortfiltrere de fleste AC-komponenter, ikke filtrere det helt 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 fuldstændigt sammen med den stabile spændingsudgang, kaldes rippelspænding.
For at karakterisere ydeevnen af DC-reguleret strømforsyningsfiltrering introduceres begrebet rippelkoefficient [2-3]. Rippelkoefficienten ψ er defineret som den procentvise værdi af den effektive værdi af krusningsspændingen Vr og DC-udgangsspændingen Vo, det vil sige:
Ripple-koefficienten er en vigtig indikator for evaluering af det stabile og rene output fra en jævnstrømsforsyning. Ifølge ovenstående formel kan det ses, at krusningsspændingen skal måles for at finde krusningskoefficienten.
2 Måling af strømforsyningsrippel
Nøjagtig måling af strømforsyningsrippel kræver generelt to instrumenter, nemlig elektronisk belastning (Electronic Load) og digital storage oscilloskop (DSO).
Elektroniske belastninger letter strømjustering og er generelt indstillet i konstant modstandstilstand (CR); digitale lagringsoscilloskoper kan direkte fange hele krusningsbølgeformen, lagre, forstærke og udlæse krusningsværdien. Erstat oscilloskopaflæsningen i formlen for at få krusningskoefficienten.
Ved måling skal du være opmærksom på følgende to punkter (disse to punkter er særligt vigtige for nøjagtigheden af måleresultaterne):
(1) Sondejordledningen til det digitale lageroscilloskop skal frakobles, og jordfjederstiften i sondesamlingen skal bruges i stedet. Det kan forhindre jordsløjfer i at koble sig til EMI-støj, hvilket gør måleresultaterne unøjagtige.
Sondejordledningen er for lang, og sløjfeområdet er for stort, hvilket danner en modtageantenne og forårsager, at højfrekvent clutter eller EMI-støj kobles ind i det målte signal.
(2) Det digitale lageroscilloskop skal selv justere sine indstillinger.
Det digitale lageroscilloskop skal være godt jordet for yderligere at bortfiltrere støjen fra strømforsyningsenden; brug AC-koblingen på det digitale lageroscilloskop til at blokere DC, hvilket gør ripple-testen mere intuitiv og nøjagtig;
Generel 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
For at undertrykke krusningen af udgangsspændingen fra en reguleret strømforsyning anvendes de følgende fire metoder generelt: RLC-filtreringsmetode, common mode-filtreringsmetode, ferritmagnetisk ringfiltreringsmetode og en kombination af de tre metoder.
Filterkredsløbet, der undertrykker DC-DC strømforsyningsrippel, demonstreres gennem eksperimentel verifikation. I verifikationseksperimentet blev der valgt en 100W DC-DC strømforsyning, 48V input, 5V output, Model SD-100C-5 fra Meanwell.
Det digitale lageroscilloskop vælger GWINSTEK's GDS-1072B med en båndbredde på 70MHz, en samplinghastighed på 1GSa/s og en lagerdybde på 10M pr. kanal.
Den elektroniske belastning er PEL{{0}} fra GWINSTEK, med et spændingsområde på 1,5V~150V, et strømområde på 0~35A og en effekt på 175W.
Ifølge denne beregning er strømmen i kredsløbet 20A. Figur 3 viser forbindelsesblokdiagrammet for strømforsyningens rippeltest.
For at gøre effekten af at undertrykke strømforsyningsrippel mere intuitiv og indlysende, kortslut først filterkredsløbet for SD-100C-5 og mål krusningen af dets udgangsspænding. Ud fra dette kan det ses, at strømforsyningens ripple er cirka 85,6 mVpp og den effektive værdi er 48,2 mVrms.
