Rimpelspanning en rimpelfactor van de voeding
De belangrijkste functie van de voeding is het leveren van elektrische energie voor elektronische producten, maar het zal onvermijdelijk rimpelingen, ruis, enz. Tijdens de voeding introduceren, wat de stabiliteit en betrouwbaarheid van het elektronische systeem en zelfs het hele product zal verminderen.
Spanningsrimpel kan grote invloed hebben op verschillende circuits van de voeding, zoals A/D-conversiecircuits, operationele versterkercircuits, gelijkrichterfiltercircuits, enz. Gebruikelijke toepassingen hebben de volgende gevaren:
Er worden onverwachte harmonischen gegenereerd die ongelukken veroorzaken die worden veroorzaakt door overspanning of overstroom; extra verlies vergroten en de efficiëntie en het gebruik van elektrische apparatuur verminderen;
Laat de apparatuur abnormaal werken, versnel veroudering en verkort de levensduur; relaisbeveiliging, automatische apparaten, computersystemen en andere apparatuur abnormaal laten werken of niet normaal laten werken;
Meet- en meetinstrumenten laten afwijken; communicatiesystemen verstoren, de kwaliteit van de signaaloverdracht verminderen en zelfs communicatieapparatuur beschadigen.
Daarom is het bij het ontwerpen van elektronische producten noodzakelijk om de rimpeling nauwkeurig te meten en de rimpeling binnen een bepaald bereik te onderdrukken.
1 Rimpelspanning en rimpelfactor van de voeding
Strikt genomen bestaat de gestabiliseerde voeding uit vier delen: voedingstransformator, gelijkrichtercircuit, filtercircuit en spanningsstabilisatorcircuit. Aangezien DC-DC ook kan worden beschouwd als een gestabiliseerde voeding, worden de gelijkrichterschakeling, filterschakeling en gestabiliseerde spanningsschakeling beschouwd als de drie noodzakelijke onderdelen van de gestabiliseerde voeding [1].
Het gelijkrichtercircuit maakt gebruik van unidirectionele geleidende apparaten om wisselstroom om te zetten in pulserende gelijkstroom. De pulserende gelijkstroom is niet gelijkmatig en bevat een grote hoeveelheid wisselstroom.
Het filtercircuit gebruikt het energieopslagelement om de pulserende gelijkstroom om te zetten in een relatief vlakke gelijkstroom. Vanwege de verschillende prestaties van het filtercircuit kunnen de meeste wisselstroomcomponenten weliswaar worden uitgefilterd, maar niet volledig.
Het spanningsstabiliserende circuit na rectificatie en filtering gebruikt de aanpassingsfunctie van het circuit om de uitgangsspanning te stabiliseren en de AC-component tot een minimum te beperken. Deze AC-component die niet volledig kan worden uitgefilterd met de stabiele uitgangsspanning, wordt rimpelspanning genoemd.
Om de filterprestaties van DC-gereguleerde voeding te karakteriseren, wordt het concept van rimpelcoëfficiënt geïntroduceerd [2-3]. Definieer de rimpelcoëfficiënt ψ als de procentuele waarde van de effectieve waarde van de rimpelspanning Vr en de DC-uitgangsspanning Vo, namelijk:
Rimpelcoëfficiënt is een belangrijke index om de stabiele en zuivere output van gelijkstroomvoeding te evalueren. Volgens de bovenstaande formule kan worden gezien dat de rimpelspanning moet worden gemeten om de rimpelcoëfficiënt te vinden.
2 Meting van de rimpelspanning van de voeding
Nauwkeurige meting van de rimpelspanning van de voeding vereist over het algemeen twee instrumenten, namelijk elektronische belasting (Electronic Load) en digitale opslagoscilloscoop (Digital Storage Oscilloscope, DSO).
De elektronische belasting is handig om de stroom aan te passen en wordt over het algemeen ingesteld in de constante weerstandsmodus (CR); de digitale opslag-oscilloscoop kan direct de volledige rimpelgolfvorm vastleggen, opslaan en versterken en de rimpelwaarde uitlezen. Vervang de aflezing van de oscilloscoop door de formule om de rimpelfactor te krijgen.
Bij het meten moet u letten op de volgende twee punten (deze twee punten zijn vooral belangrijk voor de nauwkeurigheid van de meetresultaten):
(1) De aarddraad van de sonde van de oscilloscoop met digitale opslag moet worden losgekoppeld en vervangen door de geaarde veerpen in de sondeconstructie. Het kan de aardluskoppeling in EMI-ruis voorkomen en het meetresultaat onnauwkeurig maken.
De aardingsdraad van de sonde is te lang en het lusgebied is te groot, waardoor een ontvangstantenne wordt gevormd, hoogfrequente ruis of EMI-ruis wordt gekoppeld aan het gemeten signaal.
(2) De digitale opslag-oscilloscoop moet zelf de instellingen aanpassen.
De digitale opslag-oscilloscoop moet een goede aarding hebben om de door de voeding toegevoegde ruis verder uit te filteren; gebruik de AC-koppeling van de digitale opslagoscilloscoop om de gelijkstroom te blokkeren, waardoor de rimpeltest intuïtiever en nauwkeuriger wordt;
De algemene rimpeltest vereist dat de frequentie wordt beperkt tot onder 20 MHz, dus de digitale opslag-oscilloscoop moet de bandbreedtelimiet van 20 MHz openen om hoogfrequente ruis te isoleren.
3 Methoden om de rimpelspanning van de voeding te onderdrukken
Er zijn over het algemeen vier methoden om de rimpel van de uitgangsspanning van de gereguleerde voeding te onderdrukken: RLC-filtermethode, common-mode filtermethode, ferriet magnetische ringfiltermethode en een combinatie van de drie methoden.
Het filtercircuit voor het onderdrukken van DC-DC-voedingsrimpel wordt gedemonstreerd door middel van experimentele verificatie. In het verificatie-experiment is een 100 W DC-DC-voeding met 48 V input en 5 V output geselecteerd, en het model is SD-100C-5 van Meanwell.
De digitale opslagoscilloscoop kiest GDS-1072B of GWINSTEK, de bandbreedte is 70 MHz, de bemonsteringssnelheid is 1GSa/s en de opslagdiepte van elk kanaal is 10M.
De elektronische belasting is PEL{{0}} van GWINSTEK, het spanningsbereik is 1,5V~150V, het stroombereik is 0~35A en het vermogen is 175W.
Volgens deze berekening is de stroom in het circuit 20A. Afbeelding 3 is het verbindingsblokschema van de stroomrimpeltest.
Om het effect van het onderdrukken van de voedingsrimpel intuïtiever en duidelijker te maken, wordt eerst het filtercircuit van SD-100C-5 kortgesloten en wordt de rimpel van de uitgangsspanning gemeten. Er kan worden verkregen dat de rimpelspanning van de voeding ongeveer 85,6 mVpp is en dat de effectieve waarde 48,2 mVrms is.
