מוצרים יבשים | מאמר אחד מקבל את היצירה, המדידה והדיכוי של אדוות הספק המיתוג

אדוות הספק המיתוג הן בלתי נמנעות. המטרה הסופית שלנו היא להפחית את אדוות המוצא לרמה נסבלת. הפתרון הבסיסי ביותר להשגת מטרה זו הוא למנוע יצירת אדוות. קודם כל, והסיבה.

עם מתג ה-SWITCH, הזרם בהשראות L גם משתנה מעלה ומטה בערך התקף של זרם המוצא. לכן, תהיה גם אדוות בתדירות זהה לזו של ה-SWITCH בקצה המוצא. באופן כללי, אדוות ה-SWITCH מתייחסות לכך, הקשורות לקיבולת קבל המוצא ול-ESR. תדירות האדוות הזו זהה לזו של ספק הכוח הממותג, עם טווח של עשרות עד מאות קילוהרץ.

בנוסף, מתגים משתמשים בדרך כלל בטרנזיסטורים דו-קוטביים או MOSFETs. לא משנה איזה מהם, יהיה זמן עלייה וירידה כאשר הוא מופעל ומת. בשלב זה, לא יהיה רעש במעגל זהה לזמן העלייה לזמן העלייה והירידה של המתג, או פי כמה, והוא בדרך כלל עשרות מגה-הרץ. באופן דומה, דיודה D נמצאת בהתאוששות הפוכה. המעגל המקביל הוא סדרה של קבלי התנגדות ומשרנים, אשר יגרמו לתהודה, ותדר הרעש הוא עשרות מגה-הרץ. שני רעשים אלה נקראים בדרך כלל רעש בתדר גבוה, והמשרעת שלהם בדרך כלל גדולה בהרבה מהאדווה.

אם מדובר בממיר AC/DC, בנוסף לשני הרעשים (האדוות) הנ"ל, יש גם רעש AC. התדר הוא תדר ספק הכוח AC הקלט, בערך 50-60 הרץ. יש גם רעש במצב משותף, מכיוון שהתקן החשמל של ספקי כוח ממותגים רבים משתמש במעטפת כרדיאטור, מה שמייצר קיבול שווה ערך.

מדידת אדוות הספק מיתוג

דרישות בסיסיות:

צימוד עם אוסצילוסקופ AC

מגבלת רוחב פס של 20 מגה-הרץ

נתק את חוט ההארקה של הגשוש

1. צימוד AC נועד להסיר את מתח הסופרפוזיציה DC ולקבל צורת גל מדויקת.

2. פתיחת מגבלת רוחב הפס של 20 מגה-הרץ נועדה למנוע הפרעות של רעש בתדר גבוה ולמנוע שגיאה. מכיוון שהאמפליטודה של הרכב התדר הגבוה גדולה, יש להסירה בעת המדידה.

3. נתקו את קליפס ההארקה של גלאי האוסילוסקופ, והשתמשו במדידת ההארקה כדי להפחית הפרעות. במחלקות רבות אין טבעות הארקה. אך יש לקחת בחשבון גורם זה בעת שיפוט האם הוא מתאים.

נקודה נוספת היא להשתמש במסוף 50Ω. לפי המידע של האוסילוסקופ, מודול ה-50Ω נועד להסיר את רכיב הזרם הישר ולמדוד במדויק את רכיב הזרם החילופין. עם זאת, ישנם מעט אוסילוסקופים עם גלאים מיוחדים כאלה. ברוב המקרים, נעשה שימוש בגלאים מ-100kΩ עד 10MΩ, דבר שאינו ברור באופן זמני.

האמור לעיל הוא אמצעי הזהירות הבסיסיים בעת מדידת אדוות המיתוג. אם גלאי האוסילוסקופ אינו חשוף ישירות לנקודת הפלט, יש למדוד אותו באמצעות קווים מפותלים או כבלים קואקסיאליים של 50Ω.

בעת מדידת רעש בתדר גבוה, טווח התדרים המלא של האוסילוסקופ הוא בדרך כלל ברמה של מאות מגה-ג'יגה-הרץ. אחרים זהים לאמור לעיל. ייתכן שלחברות שונות יש שיטות בדיקה שונות. בסופו של דבר, עליך לדעת את תוצאות הבדיקה שלך.

אודות אוסצילוסקופ:

חלק מהאוסצילוסקופים הדיגיטליים אינם יכולים למדוד אדוות בצורה נכונה עקב הפרעות ועומק אחסון. בשלב זה, יש להחליף את האוסילוסקופ. לפעמים, למרות שרוחב הפס של אוסצילוסקופ הסימולציה הישן הוא רק עשרות מגה, הביצועים טובים יותר מאשר האוסילוסקופ הדיגיטלי.

עיכוב אדוות הספק מיתוג

עבור אדוות מיתוג, קיימות תיאורטית ובפועל. ישנן שלוש דרכים לדכא או להפחית אותן:

1. הגדל את ההשראות ואת סינון קבלי הפלט

לפי הנוסחה של ספק הכוח הממותג, גודל תנודת הזרם וערך ההשראות של ההשראות האינדוקטיבית הופכים לפרופורציונליים הפוך, ואדוות המוצא וקבלי המוצא הם בפרופורציה הפוך. לכן, הגדלת קבלי החשמל והמוצא יכולה להפחית את האדוות.

התמונה למעלה מציגה את צורת הגל של הזרם במשרן ספק הכוח הממותג L. ניתן לחשב את זרם האדווה △i שלו מהנוסחה הבאה:

ניתן לראות כי הגדלת ערך L או הגדלת תדר המיתוג יכולים להפחית את תנודות הזרם בהשראות.

באופן דומה, הקשר בין אדוות המוצא לקבלי המוצא: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). ניתן לראות כי הגדלת ערך קבל המוצא יכולה להפחית את האדוות.

השיטה המקובלת היא להשתמש בקבלים אלקטרוליטיים מאלומיניום עבור קיבול המוצא כדי להשיג את המטרה של קיבולת גדולה. עם זאת, קבלים אלקטרוליטיים אינם יעילים במיוחד בדיכוי רעש בתדר גבוה, ו-ESR גדול יחסית, ולכן יש לחבר קבל קרמי לידם כדי לפצות על היעדר קבלים אלקטרוליטיים מאלומיניום.

במקביל, כאשר ספק הכוח פועל, המתח VIN של מסוף הקלט נותר ללא שינוי, אך הזרם משתנה עם המתג. בשלב זה, ספק הכוח בקלט אינו מספק זרם, בדרך כלל קרוב למסוף קלט הזרם (אם ניקח לדוגמה את סוג ה-buck, קרוב למתג), ומחבר את הקיבול כדי לספק זרם.

לאחר יישום אמצעי נגד זה, ספק הכוח של מתג ה-Buck מוצג באיור שלהלן:

הגישה הנ"ל מוגבלת להפחתת אדוות. בגלל מגבלת הנפח, ההשראות לא תהיה גדולה במיוחד; קבל המוצא גדל במידה מסוימת, ואין השפעה ברורה על הפחתת האדוות; העלייה בתדר המיתוג תגדיל את אובדן המיתוג. לכן, כאשר הדרישות מחמירות, שיטה זו אינה טובה במיוחד.

עבור עקרונות ספקי כוח ממותגים, ניתן לעיין בסוגים שונים של מדריכים לתכנון ספקי כוח ממותגים.

2. סינון דו-שלבי הוא הוספת מסנני LC ברמה הראשונה

ההשפעה המעכבת של מסנן LC על אדוות הרעש היא יחסית ברורה. בהתאם לתדר האדוות שיש להסיר, יש לבחור את קבל המשרן המתאים ליצירת מעגל המסנן. באופן כללי, הוא יכול להפחית את האדוות היטב. במקרה זה, יש לקחת בחשבון את נקודת הדגימה של מתח המשוב. (כפי שמוצג להלן)

נקודת הדגימה נבחרת לפני מסנן ה-LC (PA), ומתח המוצא יופחת. מכיוון שלכל השראות יש התנגדות DC, כאשר יש זרם מוצא, תהיה ירידת מתח בהשראות, וכתוצאה מכך ירידה במתח המוצא של ספק הכוח. וירידת מתח זו משתנה עם זרם המוצא.

נקודת הדגימה נבחרת לאחר מסנן ה-LC (PB), כך שמתח המוצא יהיה המתח הרצוי. עם זאת, השראות וקבל מוכנסים בתוך מערכת החשמל, מה שעלול לגרום לחוסר יציבות במערכת.

3. לאחר הפלט של ספק הכוח הממותג, חבר סינון LDO

זוהי הדרך היעילה ביותר להפחית אדוות ורעש. מתח המוצא קבוע ואינו דורש שינוי במערכת המשוב המקורית, אך זוהי גם הדרך החסכונית ביותר ובעלת צריכת החשמל הגבוהה ביותר.

לכל LDO יש אינדיקטור: יחס דיכוי רעשים. זוהי עקומת תדר-DB, כפי שמוצג באיור למטה היא עקומת LT3024.

לאחר LDO, אדוות המיתוג הן בדרך כלל מתחת ל-10mV. האיור הבא הוא השוואה בין אדוות לפני ואחרי LDO:

בהשוואה לעקומה של האיור למעלה ולצורת הגל משמאל, ניתן לראות שההשפעה המעכבת של LDO טובה מאוד עבור אדוות מיתוג של מאות קילוהרץ. אך בטווח תדרים גבוה, ההשפעה של ה-LDO אינה כה אידיאלית.

הפחתת אדוות. חיווט המעגל המודפס של ספק הכוח הממותג הוא גם קריטי. עבור רעש בתדר גבוה, עקב תדירות גבוהה של תדר גבוה, למרות שלסינון שלאחר השלב יש השפעה מסוימת, ההשפעה אינה ברורה. ישנם מחקרים מיוחדים בנושא זה. הגישה הפשוטה היא להיות על הדיודה והקיבול C או RC, או לחבר את ההשראות בטור.

האיור לעיל הוא מעגל שווה ערך של הדיודה בפועל. כאשר הדיודה פועלת במהירות גבוהה, יש לקחת בחשבון פרמטרים טפיליים. במהלך ההתאוששות הפוכה של הדיודה, ההשראות המקבילה והקיבול המקבילה הופכים למתנד RC, ויוצרים תנודה בתדר גבוה. על מנת לדכא את התנודה בתדר גבוה זה, יש צורך לחבר את הקיבול C או רשת חיץ RC בשני קצוות הדיודה. ההתנגדות היא בדרך כלל 10Ω-100 ω, והקיבול הוא 4.7PF-2.2NF.

ניתן לקבוע את הקיבול C או RC על הדיודה C או RC על ידי בדיקות חוזרות. אם הוא לא ייבחר כראוי, הוא יגרום לתנודה חזקה יותר.