Valovitost napajanja i koeficijent valovitosti
Glavna funkcija napajanja je opskrba električnom energijom za elektroničke proizvode, no napajanje će neizbježno dovesti do valova, buke itd., što će smanjiti stabilnost i pouzdanost elektroničkog sustava, pa čak i cijelog proizvoda.
Valovitost napona može uvelike utjecati na različite krugove napajanja, kao što su krugovi A/D pretvorbe, krugovi operacijskog pojačala, krugovi filtera ispravljača itd. Uobičajene primjene nose sljedeće opasnosti:
Generiraju neželjene harmonike, uzrokujući prenapon ili prekomjernu struju koja uzrokuje nesreće; povećati dodatne gubitke i smanjiti učinkovitost i iskoristivost električne opreme;
Uzrokuju neuobičajeni rad opreme, ubrzavaju starenje i skraćuju životni vijek; prouzročiti nenormalan rad relejne zaštite, automatskih uređaja, računalnih sustava i druge opreme ili nepravilan rad;
Može uzrokovati odstupanja u mjernim i mjernim instrumentima; ometati komunikacijske sustave, smanjiti kvalitetu prijenosa signala, pa čak i oštetiti komunikacijsku opremu.
Stoga je pri projektiranju elektroničkih proizvoda potrebno točno izmjeriti valovitost i potisnuti valovitost unutar određenog raspona.
1 Valovitost napajanja i koeficijent valovitosti
Strogo govoreći, regulirano napajanje uključuje četiri dijela: energetski transformator, ispravljački krug, filterski krug i krug stabilizacije napona. Budući da se DC-DC također može smatrati reguliranim napajanjem, krug ispravljača, krug filtera i krug stabilizacije napona smatraju se trima potrebnim dijelovima reguliranog napajanja [1].
Ispravljački krug koristi jednosmjerne vodljive uređaje za pretvaranje izmjenične struje u pulsirajuću istosmjernu struju. Pulsirajuća istosmjerna struja nije glatka i sadrži veliku količinu komponenti izmjenične struje.
Krug filtera koristi komponente za pohranu energije za pretvaranje pulsirajuće istosmjerne struje u relativno ravnu istosmjernu struju. Zbog različite izvedbe filtarskog kruga, iako može filtrirati većinu komponenti izmjenične struje, ne može ih potpuno filtrirati.
Krug za stabilizaciju napona nakon ispravljanja i filtriranja koristi funkciju podešavanja kruga za stabilizaciju izlaznog napona i smanjenje AC komponente na minimum. Ova izmjenična komponenta koja se ne može u potpunosti filtrirati zajedno sa stabilnim izlaznim naponom naziva se napon valovitosti.
Kako bi se karakterizirala izvedba filtriranja DC reguliranog napajanja, uvodi se koncept koeficijenta valovitosti [2-3]. Koeficijent valovitosti ψ definira se kao postotna vrijednost efektivne vrijednosti napona valovitosti Vr i istosmjernog izlaznog napona Vo, to jest:
Koeficijent valovitosti je važan pokazatelj za procjenu stabilnog i čistog izlaza istosmjernog napajanja. Prema gornjoj formuli, može se vidjeti da je potrebno izmjeriti napon valovitosti da bi se odredio koeficijent valovitosti.
2 Mjerenje valovitosti napajanja
Točno mjerenje valovitosti napajanja općenito zahtijeva dva instrumenta, naime elektroničko opterećenje (Electronic Load) i osciloskop za digitalnu pohranu (DSO).
Elektronička opterećenja olakšavaju prilagodbu struje i općenito se postavljaju u način rada s konstantnim otporom (CR); Osciloskopi za digitalnu pohranu mogu izravno uhvatiti cijeli valni oblik valovitosti, pohraniti, pojačati i očitati vrijednost valovitosti. Zamijenite očitanje osciloskopa u formulu da dobijete koeficijent valovitosti.
Prilikom mjerenja morate obratiti pozornost na sljedeće dvije točke (ove dvije točke su posebno važne za točnost rezultata mjerenja):
(1) Žica za uzemljenje sonde osciloskopa za digitalnu pohranu mora biti isključena i umjesto nje mora se koristiti opružna igla za uzemljenje u sklopu sonde. Može spriječiti spajanje petlji uzemljenja u EMI šum, čineći rezultate mjerenja netočnima.
Žica za uzemljenje sonde je preduga, a područje petlje preveliko, formira prijemnu antenu i uzrokuje smetnje visoke frekvencije ili EMI šum koji se spaja s izmjerenim signalom.
(2) Sam osciloskop za digitalnu pohranu mora prilagoditi svoje postavke.
Osciloskop za digitalnu pohranu mora biti dobro uzemljen kako bi dodatno filtrirao šum koji se dodaje s kraja napajanja; koristite AC spojnicu digitalnog osciloskopa za pohranu za blokiranje DC, čineći test valovitosti intuitivnijim i preciznijim;
Opće ispitivanje valovitosti zahtijeva da frekvencija bude ograničena ispod 20MHz, tako da bi osciloskop za digitalnu pohranu trebao otvoriti ograničenje širine pojasa od 20MHz kako bi izolirao visokofrekventni šum.
3 metode za suzbijanje valovitosti napajanja
Za suzbijanje valovitosti izlaznog napona reguliranog izvora napajanja općenito se koriste sljedeće četiri metode: metoda RLC filtriranja, metoda filtriranja zajedničkog načina rada, metoda filtriranja feritnog magnetskog prstena i kombinacija ove tri metode.
Krug filtra koji potiskuje valovitost DC-DC napajanja demonstriran je kroz eksperimentalnu provjeru. U verifikacijskom eksperimentu odabrano je 100 W DC-DC napajanje, 48 V ulaz, 5 V izlaz, model SD-100C-5 tvrtke Meanwell.
Osciloskop za digitalnu pohranu odabire GWINSTEK-ov GDS-1072B, s propusnošću od 70MHz, brzinom uzorkovanja od 1GSa/s i dubinom pohrane od 10M po kanalu.
Elektronsko opterećenje je PEL{{0}} tvrtke GWINSTEK, s rasponom napona od 1,5 V~150 V, rasponom struje od 0~35 A i snagom od 175 W.
Prema ovom proračunu, struja u krugu je 20A. Slika 3 prikazuje blok dijagram povezivanja testa valovitosti napajanja.
Kako bi učinak potiskivanja valovitosti napajanja bio intuitivniji i očitiji, prvo kratko spojite krug filtera SD-100C-5 i izmjerite valovitost njegovog izlaznog napona. Iz ovoga se može vidjeti da je valovitost napajanja približno 85,6 mVpp, a efektivna vrijednost 48,2 mVrms.
