Ondulación de la fuente de alimentación y factor de ondulación
La función principal de la fuente de alimentación es proporcionar energía eléctrica para los productos electrónicos, pero inevitablemente introducirá ondas, ruido, etc. durante la fuente de alimentación, 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 el circuito de conversión A/D, el circuito del amplificador operacional, el circuito del filtro del rectificador, etc. Las aplicaciones comunes tienen los siguientes peligros:
Se generan armónicos inesperados para provocar accidentes por sobretensión o sobrecorriente; aumentar las pérdidas adicionales y reducir la eficiencia y la utilización de los equipos eléctricos;
Haga que el equipo funcione de manera anormal, acelere el envejecimiento y acorte la vida útil; hacer que la protección de relés, los dispositivos automáticos, los sistemas informáticos y otros equipos funcionen de manera anormal o no funcionen normalmente;
Hacer que los instrumentos de medición y medición se desvíen; interferir con los sistemas de comunicación, reducir la calidad de 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 suprimir la ondulación dentro de un cierto rango.
1 Ondulación de la fuente de alimentación y factor de ondulación
Estrictamente hablando, la fuente de alimentación estabilizada incluye cuatro partes: transformador de potencia, circuito rectificador, circuito de filtro y circuito estabilizador de voltaje. Dado que DC-DC también se puede considerar como una fuente de alimentación estabilizada, el circuito rectificador, el circuito de filtro y el circuito de voltaje estabilizado se consideran las tres partes necesarias de la fuente de alimentación estabilizada [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 corriente alterna.
El circuito del filtro utiliza el elemento de almacenamiento de energía para convertir la corriente continua pulsante en una corriente directa relativamente plana. Debido al diferente rendimiento del circuito de filtro, aunque la mayoría de los componentes de corriente alterna se pueden filtrar, no se pueden filtrar por completo.
El circuito de estabilización de voltaje después de la rectificación y el filtrado utiliza la función de ajuste del circuito para estabilizar el voltaje de salida y reducir al mínimo el componente de CA. Este componente de CA que no se puede filtrar por completo con la salida de voltaje estable se denomina voltaje de ondulación.
Para caracterizar el rendimiento del filtro de la fuente de alimentación regulada por CC, se introduce el concepto de coeficiente de ondulación [2-3]. Defina el coeficiente de ondulación ψ como el valor porcentual del valor efectivo de la tensión de ondulación Vr y la tensión de salida CC Vo, a saber:
El coeficiente de ondulación es un índice importante para evaluar la salida estable y pura de la fuente de alimentación de CC. De acuerdo con la fórmula anterior, se puede ver que el voltaje de ondulación debe medirse 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, la carga electrónica (carga electrónica) y el osciloscopio de almacenamiento digital (osciloscopio de almacenamiento digital, DSO).
La carga electrónica es conveniente para ajustar la corriente y generalmente se configura en el modo de resistencia constante (CR); el osciloscopio de almacenamiento digital puede capturar directamente toda la forma de onda de ondulación, almacenarla y amplificarla, y leer el valor de ondulación. Sustituya la lectura del osciloscopio en la fórmula para obtener el factor de ondulación.
Al medir, debe prestar atención a los siguientes dos puntos (estos dos puntos son especialmente importantes para la precisión de los resultados de la medición):
(1) El cable de conexión a tierra de la sonda del osciloscopio de almacenamiento digital debe desconectarse y reemplazarse con el pasador de resorte de conexión a tierra en el conjunto de la sonda. Puede evitar que el bucle de tierra se acople al ruido EMI y hacer que el resultado de la medición sea inexacto.
El cable de tierra de la sonda es demasiado largo y el área del bucle es demasiado grande, formando una antena receptora, el desorden de alta frecuencia o el ruido EMI se acoplarán a la señal medida.
(2) El propio osciloscopio de almacenamiento digital necesita ajustar la configuración.
El osciloscopio de almacenamiento digital debe tener una buena conexión a tierra para filtrar aún más el desorden agregado desde la fuente de alimentación; use el acoplamiento de CA del osciloscopio de almacenamiento digital para bloquear la corriente continua, haciendo que la prueba de ondulación sea más intuitiva y precisa;
La prueba de ondulación general requiere 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.
3 métodos para suprimir la ondulación de la fuente de alimentación
En general, existen cuatro métodos para suprimir la ondulación del voltaje de salida de la fuente de alimentación regulada: 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 para suprimir la ondulación de la fuente de alimentación CC-CC se demuestra a través de la verificación experimental. En el experimento de verificación se selecciona una fuente de alimentación DC-DC de 100W con entrada de 48V y salida de 5V, y el modelo es SD-100C-5 de Meanwell.
El osciloscopio de almacenamiento digital elige GDS-1072B de GWINSTEK, el ancho de banda es de 70MHz, la frecuencia de muestreo es de 1GSa/s y la profundidad de almacenamiento de cada canal es de 10M.
La carga electrónica es PEL{{0}} de GWINSTEK, el rango de voltaje es de 1,5 V~150 V, el rango de corriente es de 0~35 A y la potencia es de 175 W.
Según este cálculo, la corriente en el circuito es de 20A. La figura 3 es el diagrama de bloques de conexión de la prueba de ondulación de potencia.
Para que el efecto de suprimir la ondulación de la fuente de alimentación sea más intuitivo y obvio, primero se cortocircuita el circuito de filtro de SD-100C-5 y se mide la ondulación de su voltaje de salida. Se puede obtener que la ondulación de la fuente de alimentación es de aproximadamente 85,6 mVpp y el valor efectivo es de 48,2 mVrms.
