So verhindern Sie die Entstehung von Welligkeit in Schaltnetzteilen
Welligkeitserzeugung bei Schaltnetzteilen
Unser Hauptziel besteht darin, die Ausgangswelligkeit auf ein erträgliches Maß zu reduzieren. Die grundlegendste Lösung zur Erreichung dieses Ziels besteht darin, zu versuchen, die Entstehung von Welligkeit zu vermeiden. Zunächst müssen wir uns über die Art der Welligkeit im Schaltnetzteil und die Gründe dafür im Klaren sein.
Nach dem Schalten des SCHALTERS schwankt auch der Strom in der Induktivität L im Effektivwert des Ausgangsstroms auf und ab. Der Ausgang wird also auch mit einer Welligkeit mit der gleichen Frequenz wie der SCHALTER überflutet, was allgemein als Welligkeit bezeichnet wird. Dies steht in Beziehung zur Kapazität des Ausgangskondensators und zum ESR. Die Frequenz dieser Welligkeit ist die gleiche wie die des Schaltnetzteils, also einige zehn bis hundert kHz.
Darüber hinaus werden für den Schalter im Allgemeinen Bipolartransistoren oder MOSFETs gewählt. Beim Ein- und Ausschalten gibt es eine Anstiegs- und Abfallzeit. Zu diesem Zeitpunkt wird der Schaltkreis mit Rauschen überflutet, dessen Anstiegs- und Abfallzeit derselbe Frequenz oder ein ungerades Vielfaches der Frequenz entspricht, im Allgemeinen einige zehn MHz. Im Moment der Sperrverzögerung verursacht dieselbe Diode D, die dem Widerstand, der Kapazität und der Induktivität der Reihenschaltung des Schaltkreises entspricht, Resonanz, was zu einer Rauschfrequenz von mehreren zehn MHz führt. Diese beiden Rauscharten werden im Allgemeinen als hochfrequentes Rauschen bezeichnet, dessen Amplitude normalerweise viel größer als die Welligkeit ist.
Wenn der AC/DC-Wandler zusätzlich zu den beiden oben genannten Welligkeiten (Rauschen) noch Wechselstromrauschen aufweist, liegt die Frequenz bei der Eingangswechselstromversorgung, also bei etwa 50 bis 60 Hz. Außerdem liegt ein Gleichtaktrauschen vor, das durch die äquivalente Kapazität verursacht wird, die von den Leistungsbauteilen vieler Schaltnetzteile erzeugt wird, die das Gehäuse als Kühlkörper verwenden. Da ich in der Automobilelektronikforschung und -entwicklung tätig bin, sind die beiden letzteren Rauschen weniger bekannt, daher berücksichtige ich sie vorerst nicht.
Welligkeitsmessung bei Schaltnetzteilen
Grundvoraussetzungen: Verwendung einer Oszilloskop-AC-Kopplung, Bandbreitenbeschränkung 20 MHz, Erdungsleitung der Sonde abziehen
1. AC-Kopplung dient zum Entfernen der überlagerten Gleichspannung, um die richtige Wellenform zu erhalten.
2. Das Öffnen der Bandbreitengrenze von 20 MHz dient dazu, Störungen durch hochfrequentes Rauschen zu verhindern und falsche Messergebnisse zu vermeiden. Da die Amplitude der hochfrequenten Komponente groß ist, sollte die Messung entfernt werden.
3. Ziehen Sie die Erdungsklemme der Oszilloskopsonde heraus und verwenden Sie den Erdungsring zur Messung, um Störungen zu reduzieren. Viele Teile haben keinen Erdungsring. Wenn ein Fehler auftritt, verwenden Sie die Erdungsklemme der Sonde zur Messung direkt. Dieser Faktor sollte jedoch bei der Bestimmung der Eignung berücksichtigt werden.
Ein weiterer Punkt ist die Verwendung eines 50-Ω-Anschlusses. In den ersten Informationen zum Yokogawa-Oszilloskop heißt es, dass das 50-Ω-Modul dazu dient, die Gleichstromkomponente zu entfernen und die Wechselstromkomponente zu messen. Aber nur wenige Oszilloskope verfügen über diese spezielle Sonde. In den meisten Fällen werden Messungen mit der Standardsonde von 100 KΩ bis 10 MΩ durchgeführt. Die Auswirkungen sind derzeit nicht klar.
Oben ist die Messung der Schaltwelligkeit unter Berücksichtigung der grundlegenden Aufmerksamkeit dargestellt. Wenn die Oszilloskopsonde nicht in direktem Kontakt mit dem Ausgangspunkt steht, sollten Sie zur Messung ein Twisted Pair oder ein 50-Ω-Koaxialkabel verwenden.
Nutzen Sie beim Messen von Hochfrequenzrauschen den gesamten Durchlassbereich des Oszilloskops, normalerweise einige Hundert Megabit bis zum GHz-Niveau. Andere sind gleich wie oben. Es kann sein, dass verschiedene Unternehmen unterschiedliche Testmethoden haben. Es läuft alles darauf hinaus, dass Ihre Testergebnisse klar sind. Das Wichtigste ist, vom Kunden erkannt zu werden.
