Faktor talasanja i napajanje
Osnovna funkcija napajanja je da obezbedi električnu energiju za elektronske proizvode, ali će neizbežno dovesti do talasanja, buke itd. tokom napajanja, 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 krug konverzije, krug operacionog pojačala, krug filtera ispravljača, itd. Uobičajene primjene imaju sljedeće opasnosti:
Generiraju se neočekivani harmonici koji uzrokuju nezgode uzrokovane prenaponom ili prekomjernom strujom; povećati dodatne gubitke i smanjiti efikasnost i iskorišćenost električne opreme;
Učinite da oprema radi nenormalno, ubrzajte starenje i skratite vijek trajanja; učiniti da relejna zaštita, automatski uređaji, računarski sistemi i druga oprema rade nenormalno ili ne rade normalno;
Učiniti da mjerni i mjerni instrumenti odstupe; ometaju komunikacijske sisteme, smanjuju kvalitet prijenosa signala, pa čak i oštećuju komunikacijsku opremu.
Stoga je kod dizajniranja elektronskih proizvoda potrebno precizno izmjeriti valovitost i suzbiti valovitost unutar određenog raspona.
1 Mreškanje napajanja i faktor valovitosti
Strogo govoreći, stabilizirano napajanje uključuje četiri dijela: energetski transformator, krug ispravljača, krug filtera i krug stabilizatora napona. Budući da se DC-DC može smatrati i stabiliziranim napajanjem, ispravljački krug, kolo filtera i kolo stabiliziranog napona smatraju se neophodnim trima dijelovima stabiliziranog 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 naizmjenične struje.
Filtersko kolo koristi element za pohranu energije za pretvaranje pulsirajuće istosmjerne struje u relativno ravnu jednosmjernu struju. Zbog različitih performansi kruga filtera, iako se većina komponenti naizmjenične struje može filtrirati, one se ne mogu u potpunosti filtrirati.
Kolo za stabilizaciju napona nakon ispravljanja i filtriranja koristi funkciju podešavanja kola za stabilizaciju izlaznog napona i smanjenje AC komponente na minimum. Ova komponenta naizmenične struje koja se ne može u potpunosti filtrirati sa stabilnim izlaznim naponom naziva se talasni napon.
Da bi se okarakterisale performanse filtera DC regulisanog napajanja, uveden je koncept koeficijenta talasa [2-3]. Definirajte koeficijent valovitosti ψ kao vrijednost procenta efektivne vrijednosti napona valovitosti Vr i istosmjernog izlaznog napona Vo, i to:
Koeficijent talasanja je važan indeks 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 (Digital Storage Oscilloscope, DSO).
Elektronsko opterećenje je pogodno za podešavanje struje, a općenito se postavlja u režim konstantnog otpora (CR); digitalni osciloskop za skladištenje može direktno uhvatiti ceo talas talasa, pohraniti ga i pojačati i očitati vrednost talasa. Zamijenite očitavanje osciloskopa u formulu da dobijete faktor valovitosti.
Prilikom merenja morate obratiti pažnju na sledeće dve tačke (ove dve tačke su posebno važne za tačnost rezultata merenja):
(1) Žica za uzemljenje sonde digitalnog osciloskopa za skladištenje mora biti isključena i zamijenjena iglom opruge za uzemljenje u sklopu sonde. Može spriječiti spajanje petlje uzemljenja u EMI šum i učiniti rezultat mjerenja netočnim.
Žica za uzemljenje sonde je predugačka i područje petlje je preveliko, formirajući prijemnu antenu, visokofrekventni smetnji ili EMI šum će biti povezani u izmjereni signal.
(2) Sam digitalni osciloskop za skladištenje treba da prilagodi postavke.
Digitalni osciloskop za skladištenje mora imati dobro uzemljenje kako bi dodatno filtrirao nered koji se dodaje iz napajanja; koristite AC spojnicu digitalnog osciloskopa za skladištenje da blokirate DC, čineći test talasanja intuitivnijim i preciznijim;
Opći test 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.
Eksperimentalnom verifikacijom demonstriran je filterski krug za suzbijanje DC-DC talasa napajanja. U verifikacionom eksperimentu odabrano je 100W DC-DC napajanje sa 48V ulaza i 5V izlazom, a model je SD-100C-5 kompanije Meanwell.
Digitalni osciloskop za skladištenje bira GDS-1072B od GWINSTEK-a, širina pojasa je 70MHz, brzina uzorkovanja je 1GSa/s, a dubina pohrane svakog kanala je 10M.
Elektronsko opterećenje je PEL{{0}} od GWINSTEK-a, raspon napona je 1.5V~150V, opseg struje je 0~35A, a snaga je 175W.
Prema ovom proračunu, struja u kolu je 20A. Slika 3 je blok dijagram povezivanja testa valovitosti snage.
Kako bi efekat potiskivanja mreškanja napajanja bio intuitivniji i očigledniji, prvo se kratko spoji kolo filtera SD-100C-5 i mjeri se talasanje njegovog izlaznog napona. Može se dobiti da je valovitost napajanja približno 85,6mVpp, a efektivna vrijednost je 48,2mVrms.
