Faktor valovitosti i napajanje
Glavna funkcija napajanja je opskrba električnom energijom za elektroničke proizvode, ali neizbježno će izazvati valovitost, šum itd. tijekom napajanja, što će smanjiti stabilnost i pouzdanost elektroničkog sustava, pa čak i cijelog proizvoda.
Valovitost napona može uvelike utjecati na različite krugove napajanja, kao što je krug A/D pretvorbe, krug operativnog pojačala, krug ispravljačkog filtra itd. Uobičajene primjene nose sljedeće opasnosti:
Generiraju se neočekivani harmonici koji uzrokuju nezgode uzrokovane prenaponom ili prekomjernom strujom; povećati dodatne gubitke i smanjiti učinkovitost i iskoristivost električne opreme;
Omogućuju nenormalan rad opreme, ubrzavaju starenje i skraćuju životni vijek; učiniti da relejna zaštita, automatski uređaji, računalni sustavi i druga oprema rade nenormalno ili da ne rade normalno;
Učiniti mjerenje i mjerne instrumente odstupanjem; 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 faktor valovitosti
Strogo govoreći, stabilizirano napajanje uključuje četiri dijela: energetski transformator, ispravljački krug, filterski krug i krug stabilizatora napona. Budući da se DC-DC također može smatrati stabiliziranim napajanjem, krug ispravljača, krug filtera i krug stabiliziranog napona smatraju se neophodnim trima dijelovima stabiliziranog 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 izmjenične struje.
Krug filtera koristi element za pohranu energije za pretvaranje pulsirajuće istosmjerne struje u relativno ravnu istosmjernu struju. Zbog različite izvedbe kruga filtera, iako se većina komponenata izmjenične struje može filtrirati, one se ne mogu 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 sa stabilnim izlaznim naponom naziva se napon valovitosti.
Kako bi se karakterizirala učinkovitost filtra DC reguliranog napajanja, uvodi se koncept koeficijenta valovitosti [2-3]. Definirajte koeficijent valovitosti ψ kao postotnu vrijednost efektivne vrijednosti napona valovitosti Vr i istosmjernog izlaznog napona Vo, naime:
Koeficijent valovitosti važan je 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 (Digital Storage Oscilloscope, DSO).
Elektronsko opterećenje je prikladno za podešavanje struje i općenito je postavljeno u načinu rada s konstantnim otporom (CR); osciloskop za digitalnu pohranu može izravno uhvatiti cijeli valni oblik valovitosti, pohraniti ga i pojačati te očitati vrijednost valovitosti. Zamijenite očitanje osciloskopa u formulu da biste dobili faktor 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 se isključiti i zamijeniti iglom opruge za uzemljenje u sklopu sonde. Može spriječiti spajanje petlje uzemljenja s EMI šumom i učiniti rezultat mjerenja netočnim.
Žica za uzemljenje sonde je preduga, a područje petlje preveliko, formirajući prijemnu antenu, visokofrekventni smetnje ili EMI šum bit će spojeni u izmjereni signal.
(2) Sam osciloskop za digitalnu pohranu mora prilagoditi postavke.
Osciloskop za digitalnu pohranu mora imati dobro uzemljenje kako bi dodatno filtrirao nered koji dolazi iz napajanja; koristite AC spojnicu osciloskopa za digitalnu pohranu za blokiranje istosmjerne struje, čineći test valovitosti intuitivnijim i preciznijim;
Opći test 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 napajanja općenito se koriste sljedeće četiri metode: metoda RLC filtriranja, metoda filtriranja uobičajenog načina rada, metoda filtriranja feritnog magnetskog prstena i kombinacija triju metoda.
Filtarski krug za suzbijanje valovitosti DC-DC napajanja demonstriran je eksperimentalnom provjerom. U verifikacijskom eksperimentu odabrano je 100 W DC-DC napajanje s 48 V ulazom i 5 V izlazom, a model je SD-100C-5 tvrtke Meanwell.
Osciloskop za digitalnu pohranu odabire 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}} tvrtke GWINSTEK, raspon napona je 1,5V~150V, raspon struje je 0~35A, a snaga je 175W.
Prema ovom proračunu, struja u krugu je 20A. Slika 3 je blok dijagram veze testa valovitosti snage.
Kako bi učinak potiskivanja valovitosti napajanja bio intuitivniji i očitiji, krug filtera SD-100C-5 prvo se kratko spoji i mjeri se valovitost njegovog izlaznog napona. Može se dobiti da je valovitost napajanja otprilike 85,6 mVpp, a efektivna vrijednost 48,2 mVrms.
