Il fattore di ripple e l'alimentazione
La funzione principale dell'alimentatore è fornire energia elettrica ai prodotti elettronici, ma introdurrà inevitabilmente increspature, rumore, ecc. Durante l'alimentazione, che ridurranno la stabilità e l'affidabilità del sistema elettronico e persino dell'intero prodotto.
L'ondulazione di tensione può influenzare notevolmente vari circuiti dell'alimentatore, come il circuito di conversione A/D, il circuito dell'amplificatore operazionale, il circuito del filtro raddrizzatore, ecc. Le applicazioni comuni presentano i seguenti rischi:
Vengono generate armoniche impreviste che causano incidenti causati da sovratensione o sovracorrente; aumentare le perdite aggiuntive e ridurre l'efficienza e l'utilizzo delle apparecchiature elettriche;
Far funzionare l'apparecchiatura in modo anomalo, accelerare l'invecchiamento e ridurre la durata; fare in modo che la protezione dei relè, i dispositivi automatici, i sistemi informatici e altre apparecchiature funzionino in modo anomalo o non funzionino normalmente;
Far deviare gli strumenti di misura e di misura; interferire con i sistemi di comunicazione, ridurre la qualità della trasmissione del segnale e persino danneggiare le apparecchiature di comunicazione.
Pertanto, quando si progettano prodotti elettronici, è necessario misurare accuratamente l'ondulazione e sopprimere l'ondulazione entro un certo intervallo.
1 Ripple di alimentazione e fattore di ripple
A rigor di termini, l'alimentatore stabilizzato comprende quattro parti: trasformatore di potenza, circuito raddrizzatore, circuito filtro e circuito stabilizzatore di tensione. Poiché anche DC-DC può essere considerato un alimentatore stabilizzato, il circuito raddrizzatore, il circuito del filtro e il circuito a tensione stabilizzata sono considerati le tre parti necessarie dell'alimentatore stabilizzato [1].
Il circuito raddrizzatore utilizza dispositivi conduttivi unidirezionali per convertire la corrente alternata in corrente continua pulsante. La corrente continua pulsante non è regolare e contiene una grande quantità di corrente alternata.
Il circuito del filtro utilizza l'elemento di accumulo di energia per convertire la corrente continua pulsante in una corrente continua relativamente piatta. A causa delle diverse prestazioni del circuito del filtro, sebbene la maggior parte dei componenti in corrente alternata possa essere filtrata, non possono essere filtrati completamente.
Il circuito di stabilizzazione della tensione dopo la rettifica e il filtraggio utilizza la funzione di regolazione del circuito per stabilizzare la tensione di uscita e ridurre al minimo la componente CA. Questo componente CA che non può essere completamente filtrato con l'uscita di tensione stabile è chiamato tensione di ripple.
Per caratterizzare le prestazioni del filtro dell'alimentatore regolato CC, viene introdotto il concetto di coefficiente di ondulazione [2-3]. Definiamo il coefficiente di ondulazione ψ come il valore percentuale del valore effettivo della tensione di ondulazione Vr e della tensione di uscita CC Vo, vale a dire:
Il coefficiente di ondulazione è un indice importante per valutare l'uscita stabile e pura dell'alimentazione CC. Secondo la formula sopra, si può vedere che la tensione di ripple deve essere misurata per trovare il coefficiente di ripple.
2 Misura dell'ondulazione dell'alimentazione
La misurazione accurata dell'ondulazione dell'alimentazione generalmente richiede due strumenti, vale a dire il carico elettronico (Electronic Load) e l'oscilloscopio a memoria digitale (Digital Storage Oscilloscope, DSO).
Il carico elettronico è conveniente per regolare la corrente ed è generalmente impostato nella modalità a resistenza costante (CR); l'oscilloscopio a memoria digitale può catturare direttamente l'intera forma d'onda dell'ondulazione, memorizzarla e amplificarla e leggere il valore dell'ondulazione. Sostituisci la lettura dell'oscilloscopio nella formula per ottenere il fattore di ondulazione.
Durante la misurazione, è necessario prestare attenzione ai seguenti due punti (questi due punti sono particolarmente importanti per l'accuratezza dei risultati della misurazione):
(1) Il filo di messa a terra della sonda dell'oscilloscopio a memoria digitale deve essere scollegato e sostituito con il perno della molla di messa a terra nel gruppo sonda. Può impedire l'accoppiamento dell'anello di terra nel rumore EMI e rendere impreciso il risultato della misurazione.
Il filo di terra della sonda è troppo lungo e l'area del loop è troppo grande, formando un'antenna ricevente, disturbi ad alta frequenza o rumore EMI saranno accoppiati al segnale misurato.
(2) L'oscilloscopio a memoria digitale stesso deve regolare le impostazioni.
L'oscilloscopio a memoria digitale deve avere una buona messa a terra per filtrare ulteriormente il disordine aggiunto dall'alimentatore; utilizzare l'accoppiamento CA dell'oscilloscopio a memoria digitale per bloccare la CC, rendendo il test dell'ondulazione più intuitivo e accurato;
Il test di ondulazione generale richiede che la frequenza sia limitata al di sotto di 20 MHz, quindi l'oscilloscopio a memoria digitale dovrebbe aprire il limite di larghezza di banda di 20 MHz per isolare il rumore ad alta frequenza.
3 Metodi per sopprimere il ripple dell'alimentazione
Per sopprimere l'ondulazione della tensione di uscita dell'alimentatore regolato, vengono generalmente adottati i seguenti quattro metodi: metodo di filtraggio RLC, metodo di filtraggio di modo comune, metodo di filtraggio dell'anello magnetico in ferrite e una combinazione dei tre metodi.
Il circuito del filtro per la soppressione dell'ondulazione dell'alimentazione DC-DC è dimostrato attraverso la verifica sperimentale. Nell'esperimento di verifica, viene selezionato un alimentatore CC-CC da 100 W con ingresso a 48 V e uscita a 5 V e il modello è SD-100C-5 di Meanwell.
L'oscilloscopio a memoria digitale sceglie GDS-1072B di GWINSTEK, la larghezza di banda è 70 MHz, la frequenza di campionamento è 1GSa/s e la profondità di memorizzazione di ciascun canale è 10 M.
Il carico elettronico è PEL{{0}} di GWINSTEK, l'intervallo di tensione è 1,5 V~150 V, l'intervallo di corrente è 0~35 A e la potenza è 175 W.
Secondo questo calcolo, la corrente nel circuito è 20A. La Figura 3 è lo schema a blocchi di connessione del test di ripple di potenza.
Per rendere più intuitivo ed evidente l'effetto della soppressione dell'ondulazione dell'alimentazione, il circuito del filtro di SD-100C-5 viene prima cortocircuitato e viene misurata l'ondulazione della sua tensione di uscita. Si può ottenere che l'ondulazione dell'alimentazione sia di circa 85,6 mVpp e che il valore effettivo sia di 48,2 mVrms.
