L’ondulation de la puissance de commutation est inévitable. Notre objectif ultime est de réduire l’ondulation de la production à un niveau tolérable. La solution la plus fondamentale pour atteindre cet objectif est d’éviter la génération d’ondulations. Tout d'abord Et la cause.
Avec l'interrupteur du SWITCH, le courant dans l'inductance L fluctue également de haut en bas à la valeur valide du courant de sortie. Par conséquent, il y aura également une ondulation de la même fréquence que Switch à l’extrémité de sortie. Généralement, les ondulations du Riber font référence à cela, qui est lié à la capacité du condensateur de sortie et de l'ESR. La fréquence de cette ondulation est la même que celle de l'alimentation à découpage, avec une plage de dizaines à centaines de kHz.
De plus, Switch utilise généralement des transistors bipolaires ou MOSFET. Peu importe lequel, il y aura un temps de montée et de diminution lorsqu'il est allumé et mort. À ce moment-là, il n'y aura pas de bruit dans le circuit qui soit le même que le temps d'augmentation du temps de diminution du commutateur, ou plusieurs fois, et est généralement de plusieurs dizaines de MHz. De même, la diode D est en récupération inverse. Le circuit équivalent est la série de condensateurs à résistance et d'inductances, qui provoqueront une résonance, et la fréquence de bruit est de plusieurs dizaines de MHz. Ces deux bruits sont généralement appelés bruits haute fréquence et leur amplitude est généralement beaucoup plus grande que l'ondulation.
S'il s'agit d'un convertisseur AC/DC, en plus des deux ondulations (bruit) ci-dessus, il y a également du bruit AC. La fréquence est la fréquence de l'alimentation CA d'entrée, environ 50-60 Hz. Il existe également un bruit en mode co, car le dispositif d'alimentation de nombreuses alimentations à découpage utilise la coque comme radiateur, ce qui produit une capacité équivalente.
Mesure des ondulations de puissance de commutation
Exigences de base :
Couplage avec un oscilloscope AC
Limite de bande passante de 20 MHz
Débranchez le fil de terre de la sonde
1. Le couplage AC consiste à supprimer la tension CC de superposition et à obtenir une forme d'onde précise.
2. L'ouverture de la limite de bande passante de 20 MHz consiste à empêcher l'interférence du bruit à haute fréquence et à éviter l'erreur. L'amplitude de la composition haute fréquence étant grande, elle doit être supprimée lors de la mesure.
3. Débranchez le clip de masse de la sonde de l'oscilloscope et utilisez la mesure du sol pour réduire les interférences. De nombreux départements ne disposent pas de bagues de masse. Mais tenez compte de ce facteur pour juger s’il est qualifié.
Un autre point est d'utiliser une borne 50Ω. Selon les informations de l'oscilloscope, le module 50Ω doit supprimer la composante continue et mesurer avec précision la composante alternative. Cependant, il existe peu d’oscilloscopes dotés de sondes aussi spéciales. Dans la plupart des cas, on utilise des sondes de 100kΩ à 10MΩ, ce qui est temporairement flou.
Ce qui précède représente les précautions de base lors de la mesure de l'ondulation de commutation. Si la sonde de l'oscilloscope n'est pas directement exposée au point de sortie, elle doit être mesurée par des lignes torsadées ou des câbles coaxiaux de 50 Ω.
Lors de la mesure du bruit haute fréquence, la bande complète de l'oscilloscope est généralement de plusieurs centaines de méga à GHz. D'autres sont les mêmes que ci-dessus. Peut-être que différentes entreprises ont des méthodes de test différentes. En dernière analyse, vous devez connaître les résultats de vos tests.
À propos de l'oscilloscope :
Certains oscilloscopes numériques ne peuvent pas mesurer correctement les ondulations en raison des interférences et de la profondeur de stockage. A ce moment, l'oscilloscope doit être remplacé. Parfois, même si la bande passante de l'ancien oscilloscope de simulation n'est que de plusieurs dizaines de méga, les performances sont meilleures que celles de l'oscilloscope numérique.
Inhibition des ondulations de puissance de commutation
Les ondulations de commutation existent théoriquement et réellement. Il existe trois manières de le supprimer ou de le réduire :
1. Augmenter le filtrage de l'inductance et du condensateur de sortie
Selon la formule de l'alimentation à découpage, la taille de la fluctuation du courant et la valeur de l'inductance inductive deviennent inversement proportionnelles, et les ondulations de sortie et les condensateurs de sortie sont inversement proportionnels. Par conséquent, l’augmentation des condensateurs électriques et de sortie peut réduire les ondulations.
L'image ci-dessus est la forme d'onde du courant dans l'inductance de l'alimentation à découpage L. Son courant d'ondulation △ i peut être calculé à partir de la formule suivante :
On peut voir que l'augmentation de la valeur L ou l'augmentation de la fréquence de commutation peuvent réduire les fluctuations de courant dans l'inductance.
De même, la relation entre les ondulations de sortie et les condensateurs de sortie : VRIPPLE = IMAX/(CO × F). On peut voir que l’augmentation de la valeur du condensateur de sortie peut réduire l’ondulation.
La méthode habituelle consiste à utiliser des condensateurs électrolytiques en aluminium pour la capacité de sortie afin d'atteindre l'objectif de grande capacité. Cependant, les condensateurs électrolytiques ne sont pas très efficaces pour supprimer le bruit haute fréquence, et l'ESR est relativement important, il connectera donc un condensateur céramique à côté pour compenser le manque de condensateurs électrolytiques en aluminium.
En même temps, lorsque l'alimentation fonctionne, la tension VIN de la borne d'entrée reste inchangée, mais le courant change avec l'interrupteur. À ce stade, l'alimentation d'entrée ne fournit pas de puits de courant, généralement à proximité de la borne d'entrée de courant (en prenant le type Buck comme exemple, se trouve à proximité du commutateur) et connecte la capacité pour fournir du courant.
Après avoir appliqué cette contre-mesure, l'alimentation du commutateur Buck est illustrée dans la figure ci-dessous :
L’approche ci-dessus se limite à réduire les ondulations. En raison de la limite de volume, l'inductance ne sera pas très grande ; le condensateur de sortie augmente dans une certaine mesure et il n'y a aucun effet évident sur la réduction des ondulations ; l'augmentation de la fréquence de commutation augmentera la perte de commutation. Ainsi, lorsque les exigences sont strictes, cette méthode n’est pas très efficace.
Pour connaître les principes de l'alimentation à découpage, vous pouvez vous référer à différents types de manuels de conception d'alimentation à découpage.
2. Le filtrage à deux niveaux consiste à ajouter des filtres LC de premier niveau
L’effet inhibiteur du filtre LC sur l’ondulation du bruit est relativement évident. En fonction de la fréquence d'ondulation à supprimer, sélectionnez le condensateur inducteur approprié pour former le circuit de filtrage. Généralement, cela peut bien réduire les ondulations. Dans ce cas, vous devez prendre en compte le point d'échantillonnage de la tension de rétroaction. (Comme indiqué ci-dessous)
Le point d'échantillonnage est sélectionné avant le filtre LC (PA) et la tension de sortie sera réduite. Étant donné que toute inductance a une résistance CC, lorsqu'il y a une sortie de courant, il y aura une chute de tension dans l'inductance, entraînant une diminution de la tension de sortie de l'alimentation. Et cette chute de tension change avec le courant de sortie.
Le point d'échantillonnage est sélectionné après le filtre LC (PB), de sorte que la tension de sortie soit la tension souhaitée. Cependant, une inductance et un condensateur sont introduits à l’intérieur du système électrique, ce qui peut provoquer une instabilité du système.
3. Après la sortie de l'alimentation à découpage, connectez le filtrage LDO
C’est le moyen le plus efficace de réduire les ondulations et le bruit. La tension de sortie est constante et ne nécessite pas de modification du système de rétroaction d'origine, mais c'est également la consommation d'énergie la plus rentable et la plus élevée.
Tout LDO a un indicateur : le taux de suppression du bruit. Il s'agit d'une courbe fréquence-DB, comme le montre la figure ci-dessous est la courbe du LT3024 LT3024.
Après LDO, l'ondulation de commutation est généralement inférieure à 10 mV. La figure suivante est la comparaison des ondulations avant et après LDO :
Par rapport à la courbe de la figure ci-dessus et à la forme d'onde de gauche, on peut voir que l'effet inhibiteur du LDO est très bon pour les ondulations de commutation de plusieurs centaines de KHz. Mais dans une plage de hautes fréquences, l’effet du LDO n’est pas aussi idéal.
Réduisez les ondulations. Le câblage PCB de l’alimentation à découpage est également critique. Pour le bruit haute fréquence, en raison de la grande fréquence de haute fréquence, bien que le filtrage post-étage ait un certain effet, l'effet n'est pas évident. Il existe des études spéciales à cet égard. L'approche simple consiste à se trouver sur la diode et la capacité C ou RC, ou à connecter l'inductance en série.
La figure ci-dessus est un circuit équivalent de la diode réelle. Lorsque la diode est rapide, des paramètres parasites doivent être pris en compte. Lors de la récupération inverse de la diode, l'inductance équivalente et la capacité équivalente sont devenues un oscillateur RC, générant une oscillation haute fréquence. Afin de supprimer cette oscillation haute fréquence, il est nécessaire de connecter un réseau tampon de capacité C ou RC aux deux extrémités de la diode. La résistance est généralement de 10Ω-100 ω et la capacité est de 4,7PF-2,2NF.
La capacité C ou RC sur la diode C ou RC peut être déterminée par des tests répétés. S'il n'est pas sélectionné correctement, cela provoquera une oscillation plus grave.
Heure de publication : 08 juillet 2023
