Der Welligkeitsfaktor und die Stromversorgung
Die Hauptfunktion des Netzteils besteht darin, elektrische Energie für elektronische Produkte bereitzustellen. Allerdings führt es während der Stromversorgung unweigerlich zu Wellen, Rauschen usw., was die Stabilität und Zuverlässigkeit des elektronischen Systems und sogar des gesamten Produkts verringert.
Spannungswelligkeit kann sich stark auf verschiedene Schaltkreise der Stromversorgung auswirken, z. B. A/D-Umwandlungsschaltkreise, Operationsverstärkerschaltkreise, Gleichrichterfilterschaltkreise usw. Häufige Anwendungen bergen die folgenden Gefahren:
Es entstehen unerwartete Oberschwingungen, die durch Überspannung oder Überstrom zu Unfällen führen können; zusätzliche Verluste erhöhen und die Effizienz und Auslastung elektrischer Geräte verringern;
Sorgen Sie dafür, dass die Ausrüstung abnormal läuft, beschleunigen Sie die Alterung und verkürzen Sie die Lebensdauer. dazu führen, dass Relaisschutz, automatische Geräte, Computersysteme und andere Geräte nicht ordnungsgemäß funktionieren oder nicht normal funktionieren;
Mess- und Messgeräte abweichen lassen; Kommunikationssysteme stören, die Signalübertragungsqualität verringern und sogar Kommunikationsgeräte beschädigen.
Daher ist es beim Entwurf elektronischer Produkte erforderlich, die Welligkeit genau zu messen und die Welligkeit innerhalb eines bestimmten Bereichs zu unterdrücken.
1 Welligkeit und Welligkeitsfaktor der Stromversorgung
Genau genommen besteht die stabilisierte Stromversorgung aus vier Teilen: Leistungstransformator, Gleichrichterschaltung, Filterschaltung und Spannungsstabilisierungsschaltung. Da DC-DC auch als stabilisierte Stromversorgung betrachtet werden kann, gelten Gleichrichterschaltung, Filterschaltung und stabilisierte Spannungsschaltung als die notwendigen drei Teile der stabilisierten Stromversorgung [1].
Die Gleichrichterschaltung verwendet unidirektionale leitfähige Geräte, um Wechselstrom in pulsierenden Gleichstrom umzuwandeln. Der pulsierende Gleichstrom ist nicht gleichmäßig und enthält viel Wechselstrom.
Die Filterschaltung nutzt das Energiespeicherelement, um den pulsierenden Gleichstrom in einen relativ flachen Gleichstrom umzuwandeln. Aufgrund der unterschiedlichen Leistung der Filterschaltung können zwar die meisten Wechselstromanteile herausgefiltert werden, diese können jedoch nicht vollständig herausgefiltert werden.
Die Spannungsstabilisierungsschaltung nach Gleichrichtung und Filterung nutzt die Einstellfunktion der Schaltung, um die Ausgangsspannung zu stabilisieren und den Wechselstromanteil auf ein Minimum zu reduzieren. Dieser Wechselstromanteil, der bei der stabilen Ausgangsspannung nicht vollständig herausgefiltert werden kann, wird als Welligkeitsspannung bezeichnet.
Um die Filterleistung einer DC-geregelten Stromversorgung zu charakterisieren, wird das Konzept des Welligkeitskoeffizienten eingeführt [2-3]. Definieren Sie den Welligkeitskoeffizienten ψ als den prozentualen Wert des Effektivwerts der Welligkeitsspannung Vr und der DC-Ausgangsspannung Vo, nämlich:
Der Welligkeitskoeffizient ist ein wichtiger Index zur Bewertung der stabilen und reinen Ausgabe einer Gleichstromversorgung. Aus der obigen Formel ist ersichtlich, dass die Welligkeitsspannung gemessen werden muss, um den Welligkeitskoeffizienten zu ermitteln.
2 Messung der Welligkeit der Stromversorgung
Für eine genaue Messung der Welligkeit der Stromversorgung sind im Allgemeinen zwei Instrumente erforderlich, nämlich eine elektronische Last (Electronic Load) und ein digitales Speicheroszilloskop (Digital Storage Oscilloscope, DSO).
Die elektronische Last ermöglicht die einfache Einstellung des Stroms und wird im Allgemeinen auf den Konstantwiderstandsmodus (CR) eingestellt. Das digitale Speicheroszilloskop kann die gesamte Welligkeitswellenform direkt erfassen, speichern, verstärken und den Welligkeitswert auslesen. Ersetzen Sie die Oszilloskopanzeige in der Formel, um den Welligkeitsfaktor zu erhalten.
Bei der Messung müssen Sie auf folgende zwei Punkte achten (diese beiden Punkte sind besonders wichtig für die Genauigkeit der Messergebnisse):
(1) Das Sondenerdungskabel des digitalen Speicheroszilloskops muss abgezogen und durch den Erdungsfederstift in der Sondenbaugruppe ersetzt werden. Es kann die Einkopplung der Erdschleife in EMI-Rauschen verhindern und das Messergebnis ungenau machen.
Das Erdungskabel der Sonde ist zu lang und die Schleifenfläche ist zu groß, wodurch bei der Bildung einer Empfangsantenne Hochfrequenzstörungen oder EMI-Rauschen in das gemessene Signal eingekoppelt werden.
(2) Das digitale Speicheroszilloskop selbst muss die Einstellungen anpassen.
Das digitale Speicheroszilloskop muss über eine gute Erdung verfügen, um die durch die Stromversorgung verursachten Störungen weiter herauszufiltern. Verwenden Sie die Wechselstromkopplung des digitalen Speicheroszilloskops, um den Gleichstrom zu blockieren, wodurch der Welligkeitstest intuitiver und genauer wird.
Der allgemeine Welligkeitstest erfordert, dass die Frequenz auf unter 20 MHz begrenzt wird, daher sollte das digitale Speicheroszilloskop die 20-MHz-Bandbreitengrenze öffnen, um hochfrequentes Rauschen zu isolieren.
3 Methoden zur Unterdrückung der Stromversorgungswelligkeit
Um die Welligkeit der Ausgangsspannung des geregelten Netzteils zu unterdrücken, werden im Allgemeinen die folgenden vier Methoden angewendet: RLC-Filtermethode, Gleichtaktfiltermethode, Ferrit-Magnetring-Filtermethode und eine Kombination der drei Methoden.
Die Filterschaltung zur Unterdrückung der Welligkeit der DC-DC-Stromversorgung wird durch experimentelle Verifizierung demonstriert. Im Verifizierungsexperiment wird ein 100-W-DC-DC-Netzteil mit 48-V-Eingang und 5-V-Ausgang ausgewählt, und das Modell ist SD-100C-5 von Meanwell.
Das digitale Speicheroszilloskop wählt GDS-1072B von GWINSTEK, die Bandbreite beträgt 70 MHz, die Abtastrate beträgt 1GSa/s und die Speichertiefe jedes Kanals beträgt 10 MB.
Die elektronische Last ist PEL{{0}} von GWINSTEK, der Spannungsbereich beträgt 1,5 V ~ 150 V, der Strombereich beträgt 0 ~ 35 A und die Leistung beträgt 175 W.
Nach dieser Berechnung beträgt der Strom im Stromkreis 20A. Abbildung 3 ist das Anschlussblockdiagramm des Leistungsrippeltests.
Um den Effekt der Unterdrückung der Welligkeit der Stromversorgung intuitiver und offensichtlicher zu machen, wird die Filterschaltung von SD-100C-5 zunächst kurzgeschlossen und die Welligkeit seiner Ausgangsspannung gemessen. Es ergibt sich, dass die Welligkeit der Stromversorgung etwa 85,6 mVpp und der Effektivwert 48,2 mVrms beträgt.
