De oorzaken van rimpelingen en ruis bij schakelvoedingen
De output van de schakelende voeding is geen pure gelijkspanning, maar er zitten wel enkele AC-componenten in, die worden veroorzaakt door rimpelingen en ruis. Rimpeling is de fluctuatie van de DC-uitgangsspanning, die verband houdt met de schakelactie van de schakelende voeding. Bij elk openings- en sluitingsproces wordt elektrische energie van het ingangseinde naar het uitgangseinde "gepompt", waardoor een proces van opladen en ontladen ontstaat, resulterend in schommelingen in de uitgangsspanning, met een frequentie die vergelijkbaar is met de frequentie van de schakelaar. Rimpelspanning is de piek-tot-piekwaarde tussen de pieken en dalen van de rimpel, en de grootte ervan houdt verband met de capaciteit en kwaliteit van de ingangs- en uitgangscondensatoren van de schakelende voeding.
Er zijn twee redenen voor het genereren van ruis: de ene wordt gegenereerd door de schakelende voeding zelf; Een ander type is interferentie van externe elektromagnetische velden (EMI), die de schakelende voeding kunnen binnendringen via straling of invoer via elektriciteitsleidingen.
De ruis die door de schakelende voeding zelf wordt gegenereerd, is een hoogfrequente pulstrein die wordt veroorzaakt door scherpe pulsen die worden gegenereerd op het moment van schakelen en uitschakelen, ook wel schakelruis genoemd. De frequentie van de ruispulstrein is veel hoger dan de schakelfrequentie, en de ruisspanning is de piek-tot-piekwaarde. De amplitude van de ruisspanning hangt grotendeels samen met de topologie van de schakelende voeding, de parasitaire toestand in het circuit en het ontwerp van de PCB.
De golfvorm van rimpel en ruis kan worden gezien met behulp van een oscilloscoop, zoals weergegeven in figuur 1. De frequentie van de rimpel is dezelfde als de frequentie van de schakelbuis, terwijl de frequentie van de ruis tweemaal zo groot is als die van de schakelbuis. De som van de piek-tot-piekwaarden van rimpelspanning en ruisspanning is de rimpel- en ruisspanning, uitgedrukt in mVp-p.
Meetmethoden voor rimpel en ruis
Rimpel- en ruisspanning zijn een van de belangrijkste prestatieparameters van schakelende voedingen, dus het nauwkeurig meten ervan is een zeer belangrijke kwestie. Momenteel wordt bij de methode voor het meten van rimpel- en ruisspanning gebruik gemaakt van een breedband-oscilloscoop, die de rimpel- en ruisspanningswaarden nauwkeurig kan meten.
Vanwege de grote verscheidenheid aan schakelvoedingen (met verschillende topologieën, werkfrequenties, uitgangsvermogen en technische vereisten) gebruiken verschillende fabrikanten oscilloscoop-meetmethoden en zijn de meetapparaten niet helemaal hetzelfde. Daarom heeft elke fabriek zijn eigen standaard voor het meten van verschillende schakelvoedingen, wat de bedrijfsstandaard is.
Het blokschema van het apparaat voor het meten van rimpel en ruis met behulp van een oscilloscoop wordt weergegeven in figuur 2. Het bestaat uit de geteste schakelaarvoeding, belasting, oscilloscoop en meetbedrading. Op sommige meetapparaten zijn ook componenten zoals inductoren, condensatoren en weerstanden gesoldeerd.
