Toiteallika pulsatsiooni ja pulsatsiooni koefitsient
Toiteallika põhiülesanne on anda elektroonikatoodetele elektrienergiat, kuid toiteallikas tekitab paratamatult lainetust, müra jne, mis vähendab elektroonikasüsteemi ja isegi kogu toote stabiilsust ja töökindlust.
Pinge pulsatsioon võib oluliselt mõjutada erinevaid toiteallika ahelaid, nagu A/D muundusahelad, operatiivvõimendi ahelad, alaldi filtriahelad jne. Tavalistel rakendustel on järgmised ohud:
genereerida soovimatuid harmoonilisi, põhjustades õnnetusi ülepinge või liigvoolu; suurendada lisakadusid ning vähendada elektriseadmete efektiivsust ja utiliseerimist;
Põhjustada seadmete ebatavalist töötamist, kiirendada vananemist ja lühendada eluiga; põhjustada releekaitse, automaatsete seadmete, arvutisüsteemide ja muude seadmete ebatavalist töötamist või ebaõnnestumist;
See võib põhjustada kõrvalekaldeid mõõtmis- ja mõõteriistades; häirida sidesüsteeme, vähendada signaali edastamise kvaliteeti ja isegi kahjustada sideseadmeid.
Seetõttu on elektroonikatoodete projekteerimisel vaja pulsatsiooni täpselt mõõta ja pulsatsiooni teatud vahemikus maha suruda.
1 Toiteallika pulsatsiooni ja pulsatsiooni koefitsient
Rangelt võttes sisaldab reguleeritud toiteallikas nelja osa: toitetrafo, alaldi vooluring, filtriahel ja pinge stabiliseerimisahel. Kuna alalis-alalisvoolu võib käsitleda ka reguleeritud toiteallikana, siis alaldi ahelat, filtriahelat ja pinge stabiliseerimisahelat käsitletakse reguleeritava toiteallika kolme vajaliku osana [1].
Alaldi vooluring kasutab ühesuunalisi juhtivaid seadmeid vahelduvvoolu muundamiseks pulseerivaks alalisvooluks. Pulseeriv alalisvool ei ole sujuv ja sisaldab suurel hulgal vahelduvvoolu komponente.
Filtriahel kasutab energiasalvestuskomponente, et muuta pulseeriv alalisvool suhteliselt tasaseks alalisvooluks. Filtriahela erineva jõudluse tõttu, kuigi see suudab enamiku vahelduvvoolu komponentidest välja filtreerida, ei saa see seda täielikult välja filtreerida.
Pinge stabiliseerimisahel pärast alaldamist ja filtreerimist kasutab vooluahela reguleerimisfunktsiooni väljundpinge stabiliseerimiseks ja vahelduvvoolu komponendi vähendamiseks miinimumini. Seda vahelduvvoolu komponenti, mida ei saa koos stabiilse pingeväljundiga täielikult filtreerida, nimetatakse pulsatsioonipingeks.
Alalisvoolu reguleeritud toiteallika filtreerimise toimimise iseloomustamiseks võetakse kasutusele pulsatsiooniteguri mõiste [2-3]. Pulsatsioonikoefitsient ψ on määratletud pulsatsioonipinge Vr ja alalisvoolu väljundpinge Vo tegeliku väärtuse protsendina, see tähendab:
Pulsatsioonikoefitsient on oluline näitaja alalisvoolu toiteallika stabiilse ja puhta väljundi hindamisel. Ülaltoodud valemi järgi on näha, et pulsatsiooniteguri leidmiseks on vaja mõõta pulsatsioonipinget.
2 Toiteallika pulsatsiooni mõõtmine
Toiteallika pulsatsiooni täpseks mõõtmiseks on tavaliselt vaja kahte instrumenti, nimelt elektroonilist koormust (elektrooniline koormus) ja digitaalset salvestusostsilloskoopi (DSO).
Elektroonilised koormused hõlbustavad voolu reguleerimist ja on üldiselt seatud konstantse takistuse režiimile (CR); digitaalsed salvestusostsilloskoobid suudavad otse jäädvustada kogu pulsatsiooni lainekuju, salvestada, võimendada ja lugeda pulsatsiooni väärtust. Pulsatsioonikoefitsiendi saamiseks asendage valemis ostsilloskoobi näit.
Mõõtmisel tuleb tähelepanu pöörata kahele järgmisele punktile (need kaks punkti on mõõtmistulemuste täpsuse seisukohalt eriti olulised):
(1) Digitaalse salvestusostsilloskoobi sondi maandusjuhe tuleb lahti ühendada ja selle asemel tuleb kasutada sondikoostu maandusvedrutihvti. See võib takistada maandussilmuste ühendamist EMI-müraga, muutes mõõtmistulemused ebatäpseks.
Sondi maandusjuhe on liiga pikk ja ahela pindala on liiga suur, moodustades vastuvõtuantenni ja põhjustades kõrgsagedusliku segaduse või EMI-müra haakumist mõõdetud signaaliga.
(2) Digitaalne mäluostsilloskoop ise peab oma sätteid kohandama.
Digitaalne salvestusostsilloskoop peab olema hästi maandatud, et täiendavalt välja filtreerida toiteallikast lisanduv müra; kasutage alalisvoolu blokeerimiseks digitaalse salvestusostsilloskoobi vahelduvvooluühendust, muutes pulsatsioonitesti intuitiivsemaks ja täpsemaks;
Üldine pulsatsioonitestimine nõuab sageduse piiramist alla 20 MHz, nii et digitaalne salvestusostsilloskoop peaks avama 20 MHz ribalaiuse piiri, et isoleerida kõrgsagedusmüra.
3 meetodit toiteallika pulsatsiooni summutamiseks
Reguleeritud toiteallika väljundpinge pulsatsiooni mahasurumiseks kasutatakse üldiselt järgmist nelja meetodit: RLC filtreerimismeetod, tavarežiimi filtreerimismeetod, ferriitmagnetrõnga filtreerimismeetod ja kolme meetodi kombinatsioon.
Alalis-alalisvoolu toiteallika pulsatsiooni summutavat filtriahelat demonstreeritakse eksperimentaalse kontrolliga. Kontrollimise katses valiti 100 W alalis-alalisvoolu toiteallikas, 48 V sisend, 5 V väljund, Meanwelli mudel SD-100C-5.
Digitaalne salvestusostsilloskoop valib GWINSTEKi GDS-1072B, mille ribalaius on 70 MHz, diskreetimissagedus 1 GSa/s ja salvestussügavus 10 M kanali kohta.
Elektrooniline koormus on PEL{{0}} firmalt GWINSTEK, pingevahemikuga 1,5–150 V, voolutugevusega 0–35 A ja võimsusega 175 W.
Selle arvutuse järgi on voolutugevus ahelas 20A. Joonisel 3 on näidatud toiteallika pulsatsioonitesti ühendusplokkskeem.
Selleks, et muuta toiteallika pulsatsiooni summutamise mõju intuitiivsemaks ja ilmsemaks, lühistage esmalt SD-100C-5 filtriahel ja mõõtke selle väljundpinge pulsatsioon. Sellest on näha, et toiteallika pulsatsioon on ligikaudu 85,6 mVpp ja efektiivne väärtus 48,2 mVrms.
