Ondulación de la fuente de alimentación y coeficiente de ondulación.
La función principal de una fuente de alimentación es proporcionar energía eléctrica para productos electrónicos, pero la fuente de alimentación inevitablemente introducirá ondas, ruido, etc., lo que reducirá la estabilidad y confiabilidad del sistema electrónico e incluso de todo el producto.
La ondulación del voltaje puede afectar en gran medida varios circuitos de la fuente de alimentación, como circuitos de conversión A/D, circuitos amplificadores operacionales, circuitos de filtro rectificador, etc. Las aplicaciones comunes tienen los siguientes peligros:
Generar armónicos no deseados, provocando sobretensiones o sobrecorrientes que provoquen accidentes; aumentar las pérdidas adicionales y reducir la eficiencia y utilización de los equipos eléctricos;
Hacer que el equipo funcione de manera anormal, acelerar el envejecimiento y acortar la vida útil; provocar que la protección de relés, dispositivos automáticos, sistemas informáticos y otros equipos funcionen de forma anormal o no funcionen normalmente;
Puede provocar desviaciones en los instrumentos de medición y medición; interferir con los sistemas de comunicación, reducir la calidad de la transmisión de la señal e incluso dañar los equipos de comunicación.
Por lo tanto, al diseñar productos electrónicos, es necesario medir con precisión la ondulación y suprimirla dentro de un cierto rango.
1 Ondulación de la fuente de alimentación y coeficiente de ondulación
Estrictamente hablando, la fuente de alimentación regulada incluye cuatro partes: transformador de potencia, circuito rectificador, circuito de filtro y circuito estabilizador de voltaje. Dado que CC-CC también puede considerarse una fuente de alimentación regulada, el circuito rectificador, el circuito de filtro y el circuito estabilizador de voltaje se consideran las tres partes necesarias de la fuente de alimentación regulada [1].
El circuito rectificador utiliza dispositivos conductores unidireccionales para convertir la corriente alterna en corriente continua pulsante. La corriente continua pulsante no es suave y contiene una gran cantidad de componentes de corriente alterna.
El circuito de filtro utiliza componentes de almacenamiento de energía para convertir la energía CC pulsante en una energía CC relativamente plana. Debido al diferente rendimiento del circuito de filtro, aunque puede filtrar la mayoría de los componentes de CA, no puede filtrarlos por completo.
El circuito estabilizador de voltaje después de la rectificación y el filtrado utiliza la función de ajuste del circuito para estabilizar el voltaje de salida y reducir el componente de CA al mínimo. Este componente de CA que no se puede filtrar completamente junto con la salida de voltaje estable se llama voltaje de ondulación.
Para caracterizar el rendimiento del filtrado de la fuente de alimentación regulada por CC, se introduce el concepto de coeficiente de ondulación [2-3]. El coeficiente de rizado ψ se define como el valor porcentual del valor efectivo de la tensión de rizado Vr y la tensión de salida CC Vo, es decir:
El coeficiente de ondulación es un indicador importante para evaluar la salida estable y pura de una fuente de alimentación de CC. De acuerdo con la fórmula anterior, se puede ver que es necesario medir el voltaje de ondulación para encontrar el coeficiente de ondulación.
2 Medición de la ondulación de la fuente de alimentación
La medición precisa de la ondulación de la fuente de alimentación generalmente requiere dos instrumentos, a saber, una carga electrónica (carga electrónica) y un osciloscopio de almacenamiento digital (DSO).
Las cargas electrónicas facilitan el ajuste de corriente y generalmente se configuran en modo de resistencia constante (CR); Los osciloscopios de almacenamiento digital pueden capturar directamente toda la forma de onda de ondulación, almacenar, amplificar y leer el valor de ondulación. Sustituya la lectura del osciloscopio en la fórmula para obtener el coeficiente de ondulación.
Al medir, debe prestar atención a los dos puntos siguientes (estos dos puntos son particularmente importantes para la precisión de los resultados de la medición):
(1) Se debe desconectar el cable de tierra de la sonda del osciloscopio de almacenamiento digital y en su lugar se debe utilizar el pin de resorte de tierra del conjunto de la sonda. Puede evitar que los bucles de tierra se acoplen al ruido EMI, lo que hace que los resultados de las mediciones sean inexactos.
El cable de tierra de la sonda es demasiado largo y el área del bucle es demasiado grande, lo que forma una antena receptora y provoca que los desordenes de alta frecuencia o el ruido EMI se acoplen a la señal medida.
(2) El propio osciloscopio de almacenamiento digital necesita ajustar su configuración.
El osciloscopio de almacenamiento digital debe estar bien conectado a tierra para filtrar aún más el ruido agregado desde el extremo de la fuente de alimentación; utilice el acoplamiento de CA del osciloscopio de almacenamiento digital para bloquear CC, lo que hace que la prueba de ondulación sea más intuitiva y precisa;
Las pruebas de ondulación generales requieren que la frecuencia se limite por debajo de 20 MHz, por lo que el osciloscopio de almacenamiento digital debe abrir el límite de ancho de banda de 20 MHz para aislar el ruido de alta frecuencia.
Tres métodos para suprimir la ondulación de la fuente de alimentación
Para suprimir la ondulación del voltaje de salida de una fuente de alimentación regulada, generalmente se adoptan los siguientes cuatro métodos: método de filtrado RLC, método de filtrado de modo común, método de filtrado de anillo magnético de ferrita y una combinación de los tres métodos.
El circuito de filtro que suprime la ondulación de la fuente de alimentación CC-CC se demuestra mediante verificación experimental. En el experimento de verificación, se seleccionó una fuente de alimentación CC-CC de 100 W, entrada de 48 V, salida de 5 V, modelo SD-100C-5 de Meanwell.
El osciloscopio de almacenamiento digital elige el GDS-1072B de GWINSTEK, con un ancho de banda de 70MHz, una velocidad de muestreo de 1GSa/s y una profundidad de almacenamiento de 10M por canal.
La carga electrónica es PEL{{0}} de GWINSTEK, con un rango de voltaje de 1.5V~150V, un rango de corriente de 0~35A y una potencia de 175W.
Según este cálculo, la corriente en el circuito es de 20A. La Figura 3 muestra el diagrama de bloques de conexión de la prueba de ondulación de la fuente de alimentación.
Para que el efecto de suprimir la ondulación de la fuente de alimentación sea más intuitivo y obvio, primero cortocircuite el circuito de filtro de SD-100C-5 y mida la ondulación de su voltaje de salida. A partir de esto, se puede ver que la ondulación de la fuente de alimentación es de aproximadamente 85,6 mVpp y el valor efectivo es de 48,2 mVrms.
