Was sind die Gründe für die Welligkeit und das Rauschen der geregelten Stromversorgung?
Der Ausgang des Schaltnetzteils ist keine reine Gleichspannung, sondern enthält einige Wechselstromkomponenten, die durch Welligkeit und Rauschen verursacht werden. Unter Welligkeit versteht man die Schwankung der Ausgangsgleichspannung, die mit der Schaltwirkung des Schaltnetzteils zusammenhängt. Bei jedem Ein- und Ausschaltvorgang wird elektrische Energie vom Eingangsende zum Ausgangsende „gepumpt“, wodurch ein Lade- und Entladevorgang entsteht, der zu Schwankungen der Ausgangsspannung führt und deren Schwankungsfrequenz gleich ist Schaltfrequenz. Die Welligkeitsspannung ist der Spitze-zu-Spitze-Wert zwischen der Spitze und dem Tiefpunkt der Welligkeit und ihre Größe hängt von der Kapazität und Qualität des Eingangskondensators und des Ausgangskondensators des Schaltnetzteils ab.
Für das Rauschen gibt es zwei Gründe: Der eine wird durch das Schaltnetzteil selbst erzeugt; Das andere ist die Störung (EMI) des externen elektromagnetischen Feldes, das durch Strahlung in das Schaltnetzteil gelangen oder über die Stromleitung in das Schaltnetzteil gelangen kann.
Das vom Schaltnetzteil selbst erzeugte Rauschen ist eine hochfrequente Impulsfolge, die durch die scharfen Impulse verursacht wird, die beim Ein- und Ausschalten des Schalters auftreten, und auch als Schaltrauschen bezeichnet wird. Die Frequenz des Rauschstoßes ist viel höher als die Schaltfrequenz und die Rauschspannung ist ihr Spitze-zu-Spitze-Wert. Die Amplitude der Rauschspannung hängt weitgehend von der Topologie des Schaltnetzteils, dem parasitären Zustand im Schaltkreis und dem Design der Leiterplatte ab.
Welligkeits- und Rauschwellenformen können mit einem Oszilloskop gesehen werden, wie in Abbildung 1 dargestellt. Die Frequenz der Welligkeit ist dieselbe wie die der Schaltröhre, und die Frequenz des Rauschens ist doppelt so hoch wie die der Schaltröhre. Die Summe des Spitze-zu-Spitze-Werts der Welligkeitsspannung und des Spitze-zu-Spitze-Werts der Rauschspannung ist die Welligkeit und die Rauschspannung, und ihre Einheit ist mVp-p.
Methoden zur Messung von Welligkeit und Rauschen
Welligkeit und Rauschspannung gehören zu den wichtigsten Leistungsparametern von Schaltnetzteilen, daher ist die genaue Messung dieser Werte ein sehr wichtiges Thema. Gegenwärtig besteht die Methode zur Messung von Welligkeit und Rauschspannung darin, ein Breitbandoszilloskop zu verwenden, das die Welligkeits- und Rauschspannungswerte genau messen kann.
Aufgrund der großen Vielfalt an Schaltnetzteilen (mit unterschiedlichen Topologien, Betriebsfrequenzen, Ausgangsleistungen, unterschiedlichen technischen Anforderungen usw.) verwendet jeder Hersteller die Oszilloskop-Messmethode. Für alle Messungen gelten eigene Standards, nämlich Unternehmensstandards.
Ein Blockschaltbild eines Geräts zur Messung von Welligkeit und Rauschen mit einem Oszilloskop ist in Abbildung 2 dargestellt. Es besteht aus dem getesteten Schaltnetzteil, der Last, dem Oszilloskop und dem Messanschluss. Bei manchen Messgeräten werden auch Bauteile wie Induktivität oder Kapazität und Widerstand verschweißt.
