Toiteallika pulsatsioon ja pulsatsioonitegur
Toiteploki põhiülesanne on anda elektroonikatoodetele elektrienergiat, kuid paratamatult tekitab see toiteallika ajal lainetust, müra jms, mis vähendab elektroonikasüsteemi ja isegi kogu toote stabiilsust ja töökindlust.
Pinge pulsatsioon võib oluliselt mõjutada erinevaid toiteallika ahelaid, nagu A/D konversiooniahel, operatiivvõimendi vooluring, alaldi filtriahel jne. Tavalistel rakendustel on järgmised ohud:
Ülepingest või liigvoolust põhjustatud õnnetuste tekitamiseks tekivad ootamatud harmoonilised; suurendada lisakadu ning vähendada elektriseadmete efektiivsust ja utiliseerimist;
Pange seadmed ebatavaliselt tööle, kiirendage vananemist ja lühendage kasutusiga; panna releekaitse, automaatseadmed, arvutisüsteemid ja muud seadmed ebanormaalselt tööle või ei tööta normaalselt;
Pange mõõte- ja mõõteriistad kõrvale kalduma; 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 pulsatsioon ja pulsatsioonitegur
Rangelt võttes sisaldab stabiliseeritud toiteallikas nelja osa: toitetrafo, alaldi vooluring, filtriahel ja pinge stabilisaatori vooluring. Kuna alalis-alalisvoolu võib käsitleda ka stabiliseeritud toiteallikana, siis alaldi vooluringi, filtriahelat ja stabiliseeritud pingeahelat käsitletakse stabiliseeritud toiteallika kolme vajaliku osana [1].
Alaldi vooluring kasutab ühesuunalisi juhtivaid seadmeid vahelduvvoolu muundamiseks pulseerivaks alalisvooluks. Pulseeriv alalisvool ei ole sujuv ja sisaldab suures koguses vahelduvvoolu.
Filtriahel kasutab energiasalvestavat elementi pulseeriva alalisvoolu muundamiseks suhteliselt tasaseks alalisvooluks. Filtriahela erineva jõudluse tõttu saab enamikku vahelduvvoolu komponente välja filtreerida, kuid neid ei saa 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 stabiilse pingeväljundiga täielikult välja filtreerida, nimetatakse pulsatsioonipingeks.
Alalisvoolu reguleeritud toiteallika filtri jõudluse iseloomustamiseks võetakse kasutusele pulsatsiooniteguri mõiste [2-3]. Määratlege pulsatsioonikoefitsient ψ pulsatsioonipinge efektiivse väärtuse Vr ja alalisvoolu väljundpinge Vo protsendiväärtusena, nimelt:
Pulsatsioonikoefitsient on oluline näitaja alalisvoolu toiteallika stabiilse ja puhta väljundi hindamiseks. 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 (Digital Storage Oscilloscope, DSO).
Elektroonilist koormust on mugav voolu reguleerida ja see on üldiselt seatud konstantse takistuse režiimile (CR); digitaalne salvestusostsilloskoop suudab kogu pulsatsiooni lainekuju otse jäädvustada, seda salvestada ja võimendada ning pulsatsiooni väärtust välja lugeda. Pulsatsiooniteguri 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 asendada sondikoostu maandusvedrutihvtiga. See võib takistada maandusahela ühendamist EMI-müraga ja muuta mõõtmistulemus ebatäpseks.
Sondi maandusjuhe on liiga pikk ja ahela ala on liiga suur, moodustades vastuvõtuantenni, mõõdetud signaaliga seotakse kõrgsageduslikku segadust või EMI-müra.
(2) Digitaalne salvestusostsilloskoop ise peab sätteid kohandama.
Digitaalsel salvestusostsilloskoobil peab olema hea maandus, et täiendavalt välja filtreerida toiteallikast tekkinud segadus; kasutage alalisvoolu blokeerimiseks digitaalse salvestusostsilloskoobi vahelduvvooluühendust, muutes pulsatsioonitesti intuitiivsemaks ja täpsemaks;
Üldine pulsatsioonikatse nõuab sageduse piiramist alla 20 MHz, nii et digitaalne salvestusostsilloskoop peaks avama 20 MHz ribalaiuse piiri, et isoleerida kõrgsagedusmüra.
3 Toiteallika pulsatsiooni summutamise meetodid
Reguleeritud toiteallika väljundpinge pulsatsiooni mahasurumiseks on üldiselt neli meetodit: RLC-filtreerimismeetod, tavarežiimi filtreerimismeetod, ferriitmagnetrõnga filtreerimismeetod ja nende kolme meetodi kombinatsioon.
Alalis-alalisvoolu toiteallika pulsatsiooni summutamise filtriahelat demonstreeritakse eksperimentaalse kontrolliga. Kinnituskatses valitakse 100 W alalis-alalisvoolu toiteallikas 48 V sisendi ja 5 V väljundiga ning mudeliks on Meanwelli SD-100C-5.
Digitaalne salvestusostsilloskoop valib GWINSTEKi GDS-1072B, ribalaius on 70 MHz, diskreetimissagedus 1GSa/s ja iga kanali salvestussügavus on 10M.
Elektrooniline koormus on GWINSTEKilt PEL{{0}}, pingevahemik 1,5–150 V, vooluvahemik 0–35 A ja võimsus 175 W.
Selle arvutuse järgi on voolutugevus ahelas 20A. Joonisel 3 on toite pulsatsioonitesti ühendusplokkskeem.
Selleks, et muuta toiteallika pulsatsiooni summutamise efekt intuitiivsemaks ja ilmsemaks, lühistatakse esmalt SD-100C-5 filtriahel ja mõõdetakse selle väljundpinge pulsatsiooni. Võib saada, et toiteallika pulsatsioon on ligikaudu 85,6 mVpp ja efektiivne väärtus on 48,2 mVrms.
