Hiện tượng gợn sóng điện chuyển mạch là không thể tránh khỏi.Mục đích cuối cùng của chúng tôi là giảm gợn sóng đầu ra xuống mức có thể chấp nhận được.Giải pháp cơ bản nhất để đạt được mục đích này là tránh tạo ra các gợn sóng.Trước hết Và nguyên nhân.
Với công tắc SWITCH, dòng điện trong cuộn cảm L cũng dao động lên xuống ở giá trị hợp lệ của dòng điện ra.Do đó, cũng sẽ xuất hiện gợn sóng có cùng tần số với Switch ở đầu ra.Nói chung, các gợn sóng của sườn đề cập đến điều này, liên quan đến công suất của tụ điện đầu ra và ESR.Tần số của gợn sóng này giống như tần số của nguồn điện chuyển mạch, có phạm vi từ hàng chục đến hàng trăm kHz.
Ngoài ra, Switch thường sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực hoặc MOSFET.Dù là cái nào thì cũng sẽ có thời gian tăng giảm khi bật và tắt.Lúc này trong mạch sẽ không có nhiễu tương tự như thời gian tăng khi Switch tăng giảm thời gian hoặc vài lần và thường là hàng chục MHz.Tương tự, diode D đang ở chế độ phục hồi ngược.Mạch tương đương là dãy tụ điện trở và cuộn cảm sẽ gây ra hiện tượng cộng hưởng, tần số nhiễu là hàng chục MHz.Hai nhiễu này thường được gọi là nhiễu tần số cao và biên độ thường lớn hơn nhiều so với gợn sóng.
Nếu là bộ chuyển đổi AC/DC thì ngoài hai gợn sóng (nhiễu) trên còn có nhiễu AC.Tần số là tần số của nguồn điện xoay chiều đầu vào, khoảng 50-60Hz.Ngoài ra còn có tiếng ồn co-mode, do thiết bị nguồn của nhiều bộ nguồn chuyển mạch sử dụng vỏ làm bộ tản nhiệt, tạo ra điện dung tương đương.
Đo gợn sóng điện chuyển mạch
Những yêu cầu cơ bản:
Khớp nối với máy hiện sóng AC
Giới hạn băng thông 20 MHz
Rút dây nối đất của đầu dò
Khớp nối 1.AC là để loại bỏ điện áp DC chồng chất và thu được dạng sóng chính xác.
2. Việc mở giới hạn băng thông 20 MHz là để ngăn chặn nhiễu tần số cao và ngăn ngừa lỗi.Vì biên độ của thành phần tần số cao lớn nên cần loại bỏ khi đo.
3. Rút phích cắm nối đất của đầu dò dao động và sử dụng phép đo đo mặt đất để giảm nhiễu.Nhiều phòng ban không có vòng nối đất.Nhưng hãy xem xét yếu tố này khi đánh giá liệu nó có đủ tiêu chuẩn hay không.
Một điểm khác là sử dụng thiết bị đầu cuối 50Ω.Theo thông tin của máy hiện sóng, module 50Ω có nhiệm vụ loại bỏ thành phần DC và đo chính xác thành phần AC.Tuy nhiên, có rất ít máy hiện sóng có đầu dò đặc biệt như vậy.Trong hầu hết các trường hợp, việc sử dụng đầu dò từ 100kΩ đến 10MΩ được sử dụng, điều này tạm thời chưa rõ ràng.
Trên đây là những lưu ý cơ bản khi đo gợn sóng chuyển mạch.Nếu đầu dò của máy hiện sóng không tiếp xúc trực tiếp với điểm đầu ra thì nên đo bằng đường xoắn hoặc cáp đồng trục 50Ω.
Khi đo nhiễu tần số cao, toàn bộ dải tần của máy hiện sóng thường ở mức hàng trăm mega đến GHz.Những người khác cũng giống như trên.Có lẽ các công ty khác nhau có phương pháp thử nghiệm khác nhau.Trong phân tích cuối cùng, bạn phải biết kết quả kiểm tra của mình.
Về máy hiện sóng:
Một số máy hiện sóng kỹ thuật số không thể đo gợn sóng một cách chính xác do nhiễu và độ sâu lưu trữ.Lúc này, máy hiện sóng nên được thay thế.Đôi khi băng thông của máy hiện sóng mô phỏng cũ chỉ hàng chục mega nhưng hiệu suất vẫn tốt hơn máy hiện sóng kỹ thuật số.
Ức chế gợn sóng điện chuyển mạch
Để chuyển đổi gợn sóng, về mặt lý thuyết và thực tế đều tồn tại.Có ba cách để ngăn chặn hoặc giảm bớt nó:
1. Tăng độ tự cảm và lọc tụ điện đầu ra
Theo công thức của nguồn điện chuyển mạch, kích thước dao động hiện tại và giá trị độ tự cảm của điện cảm cảm ứng trở nên tỷ lệ nghịch, gợn sóng đầu ra và tụ điện đầu ra tỷ lệ nghịch.Vì vậy, việc tăng tụ điện và tụ điện đầu ra có thể làm giảm hiện tượng gợn sóng.
Hình trên là dạng sóng dòng điện trong cuộn cảm nguồn chuyển mạch L. Dòng điện gợn △ i của nó có thể được tính từ công thức sau:
Có thể thấy rằng việc tăng giá trị L hoặc tăng tần số chuyển mạch có thể làm giảm sự dao động dòng điện trong điện cảm.
Tương tự, mối quan hệ giữa gợn sóng đầu ra và tụ điện đầu ra: VRIPPLE = IMAX/(CO × F).Có thể thấy rằng việc tăng giá trị tụ điện đầu ra có thể làm giảm gợn sóng.
Phương pháp thông thường là sử dụng tụ điện điện phân nhôm cho điện dung đầu ra để đạt được mục đích công suất lớn.Tuy nhiên, tụ điện không có hiệu quả lắm trong việc triệt nhiễu tần số cao và ESR tương đối lớn nên sẽ kết nối một tụ gốm bên cạnh để bù đắp cho việc thiếu tụ điện điện nhôm.
Đồng thời, khi nguồn điện hoạt động, điện áp VIN của cực đầu vào không thay đổi, nhưng dòng điện thay đổi theo công tắc.Tại thời điểm này, nguồn điện đầu vào không cung cấp giếng dòng điện, thường ở gần cực đầu vào hiện tại (lấy loại Buck làm ví dụ, gần Công tắc) và kết nối điện dung để cung cấp dòng điện.
Sau khi áp dụng biện pháp đối phó này, nguồn điện của công tắc Buck được thể hiện trong hình bên dưới:
Cách tiếp cận trên được giới hạn trong việc giảm gợn sóng.Do giới hạn âm lượng nên độ tự cảm sẽ không lớn lắm;tụ điện đầu ra tăng đến một mức độ nhất định và không có tác dụng rõ ràng trong việc giảm gợn sóng;việc tăng tần số chuyển mạch sẽ làm tăng tổn thất chuyển mạch.Vì vậy khi yêu cầu khắt khe thì phương pháp này không tốt lắm.
Để biết nguyên lý của nguồn điện chuyển mạch, bạn có thể tham khảo nhiều loại hướng dẫn thiết kế nguồn điện chuyển mạch.
2. Lọc hai cấp là thêm các bộ lọc LC cấp đầu tiên
Tác dụng ức chế của bộ lọc LC đối với gợn sóng nhiễu là tương đối rõ ràng.Theo tần số gợn cần loại bỏ, chọn tụ điện cảm ứng thích hợp để tạo thành mạch lọc.Nói chung, nó có thể làm giảm gợn sóng tốt.Trong trường hợp này, bạn cần xem xét điểm lấy mẫu của điện áp phản hồi.(Như hình bên dưới)
Điểm lấy mẫu được chọn trước bộ lọc LC (PA) và điện áp đầu ra sẽ giảm.Bởi vì bất kỳ cuộn cảm nào cũng có điện trở DC nên khi có dòng điện ra, điện áp trong cuộn cảm sẽ giảm, dẫn đến điện áp đầu ra của nguồn điện giảm.Và sự sụt giảm điện áp này thay đổi theo dòng điện đầu ra.
Điểm lấy mẫu được chọn sau bộ lọc LC (PB), sao cho điện áp đầu ra là điện áp chúng ta mong muốn.Tuy nhiên, một cuộn cảm và một tụ điện được đưa vào bên trong hệ thống điện có thể gây mất ổn định hệ thống.
3. Sau đầu ra của nguồn điện chuyển mạch, hãy kết nối bộ lọc LDO
Đây là cách hiệu quả nhất để giảm gợn sóng và tiếng ồn.Điện áp đầu ra không đổi và không cần thay đổi hệ thống phản hồi ban đầu, nhưng đây cũng là hệ thống tiết kiệm chi phí nhất và tiêu thụ điện năng cao nhất.
Bất kỳ LDO nào cũng có chỉ báo: tỷ lệ khử tiếng ồn.Đó là đường cong tần số-DB, như trong hình bên dưới là đường cong của LT3024 LT3024.
Sau LDO, gợn chuyển mạch thường dưới 10mV.Hình dưới đây là so sánh các gợn sóng trước và sau LDO:
So với đường cong của hình trên và dạng sóng ở bên trái, có thể thấy tác dụng ức chế của LDO rất tốt đối với các gợn sóng chuyển mạch hàng trăm KHz.Nhưng trong dải tần số cao, hiệu ứng của LDO không lý tưởng lắm.
Giảm gợn sóng.Hệ thống dây điện PCB của nguồn điện chuyển mạch cũng rất quan trọng.Đối với nhiễu tần số cao, do tần số cao tần lớn nên mặc dù quá trình lọc sau giai đoạn có tác dụng nhất định nhưng hiệu quả không rõ rệt.Có những nghiên cứu đặc biệt về vấn đề này.Cách tiếp cận đơn giản là nối diode và điện dung C hoặc RC, hoặc mắc nối tiếp cuộn cảm.
Hình trên là mạch tương đương của diode thực tế.Khi diode có tốc độ cao, các thông số ký sinh phải được xem xét.Trong quá trình phục hồi ngược của diode, điện cảm tương đương và điện dung tương đương trở thành bộ dao động RC, tạo ra dao động tần số cao.Để triệt tiêu dao động tần số cao này, cần kết nối mạng đệm điện dung C hoặc RC ở cả hai đầu của diode.Điện trở thường là 10Ω-100 ω và điện dung là 4,7PF-2,2NF.
Điện dung C hoặc RC trên diode C hoặc RC có thể được xác định bằng các thử nghiệm lặp lại.Nếu nó không được chọn đúng, nó sẽ gây ra dao động mạnh hơn.
Thời gian đăng: Jul-08-2023