Mreškanje napajanja i koeficijent valovitosti
Glavna funkcija napajanja je da obezbedi električnu energiju za elektronske proizvode, ali napajanje će neizbežno dovesti do talasanja, buke, itd., što će smanjiti stabilnost i pouzdanost elektronskog sistema, pa čak i celog proizvoda.
Mreškanje napona može uvelike utjecati na različite krugove napajanja, kao što su A/D krugovi konverzije, krugovi operacionih pojačala, krugovi filtera ispravljača, itd. Uobičajene primjene imaju sljedeće opasnosti:
Generišu neželjene harmonike, uzrokujući prenapon ili prekomernu struju da izazovu nesreće; povećati dodatne gubitke i smanjiti efikasnost i iskorišćenost električne opreme;
Uzrokuju nenormalan rad opreme, ubrzavaju starenje i skraćuju životni vijek; uzrokovati nepravilan rad ili neispravan rad relejne zaštite, automatskih uređaja, kompjuterskih sistema i druge opreme;
Može uzrokovati odstupanja u mjernim i mjernim instrumentima; ometaju komunikacijske sisteme, smanjuju kvalitet prijenosa signala, pa čak i oštećuju komunikacijsku opremu.
Stoga je pri dizajniranju elektronskih proizvoda potrebno precizno izmjeriti valovitost i suzbiti valovitost unutar određenog raspona.
1 Mreškanje napajanja i koeficijent valovitosti
Strogo govoreći, regulirano napajanje uključuje četiri dijela: energetski transformator, ispravljačko kolo, filtersko kolo i kolo za stabilizaciju napona. Budući da se DC-DC može smatrati i reguliranim napajanjem, ispravljački krug, krug filtera i krug za stabilizaciju napona smatraju se trima neophodnim dijelovima reguliranog napajanja [1].
Kolo ispravljača koristi jednosmjerne provodne uređaje za pretvaranje naizmjenične struje u pulsirajuću jednosmjernu struju. Pulsirajuća jednosmjerna struja nije glatka i sadrži veliku količinu komponenti naizmjenične struje.
Filtersko kolo koristi komponente za pohranu energije za pretvaranje pulsirajuće istosmjerne struje u relativno ravnomjernu istosmjernu snagu. Zbog različitih performansi kruga filtera, iako može filtrirati većinu komponenti naizmjenične struje, ne može ih u potpunosti filtrirati.
Kolo za stabilizaciju napona nakon ispravljanja i filtriranja koristi funkciju podešavanja kruga za stabilizaciju izlaznog napona i smanjenje AC komponente na minimum. Ova komponenta naizmenične struje koja se ne može u potpunosti filtrirati zajedno sa stabilnim izlaznim naponom naziva se talasni napon.
Kako bi se okarakterisale performanse DC reguliranog filtriranja napajanja, uveden je koncept koeficijenta valovitosti [2-3]. Koeficijent valovitosti ψ definira se kao procentualna vrijednost efektivne vrijednosti napona valovitosti Vr i istosmjernog izlaznog napona Vo, odnosno:
Koeficijent valovitosti je važan indikator za procjenu stabilnog i čistog izlaza DC napajanja. Prema gornjoj formuli, može se vidjeti da je potrebno izmjeriti napon valovitosti da bi se pronašao koeficijent valovitosti.
2 Mjerenje valovitosti napajanja
Za precizno merenje talasa napajanja generalno su potrebna dva instrumenta, i to elektronsko opterećenje (Electronic Load) i digitalni osciloskop za skladištenje (DSO).
Elektronska opterećenja olakšavaju podešavanje struje i općenito se postavljaju u režim konstantnog otpora (CR); digitalni osciloskopi za skladištenje mogu direktno uhvatiti cijeli talasni oblik, pohraniti, pojačati i očitati vrijednost valovitosti. Zamijenite očitavanje osciloskopa u formulu da dobijete koeficijent valovitosti.
Prilikom mjerenja morate obratiti pažnju na sljedeće dvije tačke (ove su dvije tačke posebno važne za tačnost rezultata mjerenja):
(1) Žica za uzemljenje sonde digitalnog osciloskopa za skladištenje mora biti isključena i umjesto toga se mora koristiti pin opruge uzemljenja u sklopu sonde. Može spriječiti spajanje petlji uzemljenja sa EMI šumom, čineći rezultate mjerenja netačnim.
Žica za uzemljenje sonde je predugačka i područje petlje je preveliko, formirajući prijemnu antenu i uzrokujući visokofrekventne smetnje ili EMI šum da se spoje na izmjereni signal.
(2) Sam digitalni osciloskop za skladištenje treba da prilagodi svoja podešavanja.
Digitalni osciloskop za skladištenje mora biti dobro uzemljen kako bi se dodatno filtrirao šum koji se dodaje sa kraja napajanja; koristite AC spojnicu digitalnog osciloskopa za skladištenje da blokirate DC, čineći test talasanja intuitivnijim i preciznijim;
Opšte testiranje talasanja zahtijeva da frekvencija bude ograničena ispod 20MHz, tako da bi osciloskop za digitalno skladištenje trebao otvoriti ograničenje propusnog opsega od 20MHz da izoluje visokofrekventnu buku.
3 metode za suzbijanje talasa napajanja
Da bi se suzbilo talasanje izlaznog napona regulisanog napajanja, generalno se primenjuju sledeće četiri metode: RLC metoda filtriranja, metoda filtera zajedničkog moda, metoda filtriranja feritnog magnetnog prstena i kombinacija tri metode.
Filterski krug koji potiskuje talasanje DC-DC napajanja demonstriran je eksperimentalnom provjerom. U verifikacionom eksperimentu odabrano je 100W DC-DC napajanje, 48V ulaz, 5V izlaz, model SD-100C-5 iz Meanwella.
Digitalni osciloskop za skladištenje bira GWINSTEK-ov GDS-1072B, sa propusnim opsegom od 70MHz, brzinom uzorkovanja od 1GSa/s i dubinom skladištenja od 10M po kanalu.
Elektronsko opterećenje je PEL{{0}} iz GWINSTEK-a, sa opsegom napona od 1,5V~150V, opsegom struje od 0~35A i snagom od 175W.
Prema ovom proračunu, struja u kolu je 20A. Slika 3 prikazuje blok dijagram povezivanja testa talasanja napajanja.
Kako bi efekat potiskivanja mreškanja napajanja bio intuitivniji i očigledniji, prvo kratko spojite krug filtera SD-100C-5 i izmjerite talasanje njegovog izlaznog napona. Iz ovoga se može vidjeti da je valovitost napajanja približno 85,6 mVpp, a efektivna vrijednost je 48,2 mVrms.
