O fator de ondulação e a fonte de alimentação
A principal função da fonte de alimentação é fornecer energia elétrica para produtos eletrônicos, mas inevitavelmente introduzirá ondulações, ruídos etc. durante o fornecimento de energia, o que reduzirá a estabilidade e a confiabilidade do sistema eletrônico e até de todo o produto.
A ondulação de tensão pode afetar bastante vários circuitos da fonte de alimentação, como circuito de conversão A/D, circuito de amplificador operacional, circuito de filtro retificador, etc. Aplicações comuns apresentam os seguintes perigos:
Harmônicos inesperados são gerados para causar acidentes causados por sobretensão ou sobrecorrente; aumentar a perda adicional e reduzir a eficiência e utilização de equipamentos elétricos;
Faça o equipamento funcionar de forma anormal, acelere o envelhecimento e reduza a vida útil; fazer com que a proteção do relé, dispositivos automáticos, sistemas de computador e outros equipamentos funcionem de forma anormal ou deixem de funcionar normalmente;
Faça com que os instrumentos de medição e medição se desviem; interferem nos sistemas de comunicação, reduzem a qualidade da transmissão do sinal e até mesmo danificam equipamentos de comunicação.
Portanto, ao projetar produtos eletrônicos, é necessário medir com precisão a ondulação e suprimir a ondulação dentro de um determinado intervalo.
1 Ripple da fonte de alimentação e fator de ripple
Estritamente falando, a fonte de alimentação estabilizada inclui quatro partes: transformador de potência, circuito retificador, circuito de filtro e circuito estabilizador de tensão. Como o DC-DC também pode ser considerado uma fonte de alimentação estabilizada, o circuito retificador, o circuito do filtro e o circuito de tensão estabilizada são considerados as três partes necessárias da fonte de alimentação estabilizada [1].
O circuito retificador usa dispositivos condutivos unidirecionais para converter corrente alternada em corrente contínua pulsante. A corrente contínua pulsante não é suave e contém uma grande quantidade de corrente alternada.
O circuito do filtro usa o elemento de armazenamento de energia para converter a corrente contínua pulsante em uma corrente contínua relativamente plana. Devido ao desempenho diferente do circuito do filtro, embora a maioria dos componentes de corrente alternada possam ser filtrados, eles não podem ser completamente filtrados.
O circuito de estabilização de tensão após retificação e filtragem usa a função de ajuste do circuito para estabilizar a tensão de saída e reduzir o componente CA ao mínimo. Este componente CA que não pode ser completamente filtrado com a saída de tensão estável é chamado de tensão de ondulação.
Para caracterizar o desempenho do filtro da fonte de alimentação regulada em CC, o conceito de coeficiente de ondulação é introduzido [2-3]. Defina o coeficiente de ondulação ψ como o valor percentual do valor efetivo da tensão de ondulação Vr e a tensão de saída CC Vo, a saber:
O coeficiente de ondulação é um índice importante para avaliar a saída estável e pura da fonte de alimentação CC. De acordo com a fórmula acima, pode-se ver que a tensão de ondulação precisa ser medida para encontrar o coeficiente de ondulação.
2 Medição da ondulação da fonte de alimentação
A medição precisa da ondulação da fonte de alimentação geralmente requer dois instrumentos, ou seja, carga eletrônica (carga eletrônica) e osciloscópio de armazenamento digital (osciloscópio de armazenamento digital, DSO).
A carga eletrônica é conveniente para ajustar a corrente e geralmente é definida no modo de resistência constante (CR); o osciloscópio de armazenamento digital pode capturar diretamente toda a forma de onda da ondulação, armazená-la e amplificá-la e ler o valor da ondulação. Substitua a leitura do osciloscópio na fórmula para obter o fator de ondulação.
Ao medir, você deve prestar atenção aos seguintes dois pontos (esses dois pontos são especialmente importantes para a precisão dos resultados da medição):
(1) O fio terra da ponta de prova do osciloscópio de armazenamento digital deve ser desconectado e substituído pelo pino de mola de aterramento no conjunto da ponta de prova. Isso pode impedir o acoplamento do loop de terra no ruído EMI e tornar o resultado da medição impreciso.
O fio terra da sonda é muito longo e a área do loop é muito grande, formando uma antena receptora, interferência de alta frequência ou ruído EMI será acoplado ao sinal medido.
(2) O próprio osciloscópio de armazenamento digital precisa ajustar as configurações.
O osciloscópio de armazenamento digital precisa ter um bom aterramento para filtrar ainda mais a desordem adicionada pela fonte de alimentação; usar o acoplamento AC do osciloscópio de armazenamento digital para bloquear o DC, tornando o teste de ripple mais intuitivo e preciso;
O teste de ondulação geral exige que a frequência seja limitada abaixo de 20MHz, portanto, o osciloscópio de armazenamento digital deve abrir o limite de largura de banda de 20MHz para isolar o ruído de alta frequência.
3 métodos para suprimir a ondulação da fonte de alimentação
Para suprimir a ondulação da tensão de saída da fonte de alimentação regulada, os quatro métodos a seguir são geralmente adotados: método de filtragem RLC, método de filtragem de modo comum, método de filtragem de anel magnético de ferrite e uma combinação dos três métodos.
O circuito do filtro para suprimir a ondulação da fonte de alimentação DC-DC é demonstrado através de verificação experimental. No experimento de verificação, uma fonte de alimentação DC-DC de 100 W com entrada de 48 V e saída de 5 V é selecionada e o modelo é SD-100C-5 de Meanwell.
O osciloscópio de armazenamento digital escolhe GDS-1072B de GWINSTEK, a largura de banda é de 70MHz, a taxa de amostragem é de 1GSa/s e a profundidade de armazenamento de cada canal é de 10M.
A carga eletrônica é PEL{{0}} da GWINSTEK, a faixa de tensão é 1,5V~150V, a faixa atual é 0~35A e a potência é 175W.
De acordo com este cálculo, a corrente no circuito é de 20A. A Figura 3 é o diagrama de blocos de conexão do teste de ondulação de potência.
Para tornar o efeito de suprimir a ondulação da fonte de alimentação mais intuitivo e óbvio, o circuito do filtro de SD-100C-5 é primeiro colocado em curto-circuito e a ondulação de sua tensão de saída é medida. Pode-se obter que a ondulação da fonte de alimentação é de aproximadamente 85,6mVpp e o valor efetivo é de 48,2mVrms.
