Güç kaynağı dalgalanması ve dalgalanma faktörü
Güç kaynağının ana işlevi, elektronik ürünler için elektrik enerjisi sağlamaktır, ancak güç kaynağı sırasında kaçınılmaz olarak elektronik sistemin ve hatta tüm ürünün kararlılığını ve güvenilirliğini azaltacak dalgalanmalar, gürültü vb.
Gerilim dalgalanması, A/D dönüştürme devresi, işlemsel yükselteç devresi, doğrultucu filtre devresi vb. gibi güç kaynağının çeşitli devrelerini büyük ölçüde etkileyebilir. Yaygın uygulamalar aşağıdaki tehlikelere sahiptir:
Aşırı gerilim veya aşırı akımın neden olduğu kazalara neden olmak için beklenmedik harmonikler üretilir; ek kayıpları artırmak ve elektrikli ekipmanın verimliliğini ve kullanımını azaltmak;
Ekipmanın anormal şekilde çalışmasını sağlayın, yaşlanmayı hızlandırın ve hizmet ömrünü kısaltın; röle koruması, otomatik cihazlar, bilgisayar sistemleri ve diğer ekipmanların anormal çalışmasına veya normal çalışmamasına neden olmak;
Ölçme ve ölçü aletlerini saptırın; iletişim sistemlerine müdahale edebilir, sinyal iletim kalitesini düşürebilir ve hatta iletişim ekipmanına zarar verebilir.
Bu nedenle, elektronik ürünler tasarlarken dalgalanmayı doğru bir şekilde ölçmek ve dalgalanmayı belirli bir aralıkta bastırmak gerekir.
1 Güç kaynağı dalgalanması ve dalgalanma faktörü
Kesin olarak, stabilize güç kaynağı dört bölümden oluşur: güç trafosu, doğrultucu devresi, filtre devresi ve voltaj dengeleyici devresi. DC-DC aynı zamanda stabilize bir güç kaynağı olarak kabul edilebileceğinden, doğrultucu devresi, filtre devresi ve stabilize edilmiş voltaj devresi, stabilize edilmiş güç kaynağının gerekli üç parçası olarak kabul edilir [1].
Doğrultucu devresi, alternatif akımı darbeli doğru akıma dönüştürmek için tek yönlü iletken cihazlar kullanır. Darbeli doğru akım düzgün değildir ve büyük miktarda alternatif akım içerir.
Filtre devresi, titreşimli doğru akımı nispeten düz bir doğru akıma dönüştürmek için enerji depolama elemanını kullanır. Filtre devresinin farklı performansı nedeniyle, alternatif akım bileşenlerinin çoğu filtrelenebilse de tamamen filtrelenemezler.
Doğrultma ve filtrelemeden sonra voltaj dengeleme devresi, çıkış voltajını stabilize etmek ve AC bileşenini minimuma indirmek için devrenin ayarlama işlevini kullanır. Kararlı voltaj çıkışı ile tamamen filtrelenemeyen bu AC bileşenine dalgalanma voltajı denir.
DC regülasyonlu güç kaynağının filtre performansını karakterize etmek için dalgalanma katsayısı kavramı [2-3] tanıtıldı. Dalgalanma katsayısını ψ dalga gerilimi efektif değeri Vr ve DC çıkış gerilimi Vo'nun yüzde değeri olarak tanımlayın, yani:
Dalgalanma katsayısı, DC güç kaynağının kararlı ve saf çıkışını değerlendirmek için önemli bir indekstir. Yukarıdaki formüle göre, dalgalanma katsayısını bulmak için dalgalanma voltajının ölçülmesi gerektiği görülebilir.
2 Güç kaynağı dalgalanmasının ölçümü
Güç kaynağı dalgalanmasının doğru ölçümü genellikle elektronik yük (Elektronik Yük) ve dijital depolama osiloskopu (Dijital Depolama Osiloskopu, DSO) olmak üzere iki alet gerektirir.
Elektronik yük, akımı ayarlamak için uygundur ve genellikle sabit direnç modunda (CR) ayarlanır; dijital depolama osiloskopu, tüm dalgalanma dalga biçimini doğrudan yakalayabilir, saklayabilir, yükseltebilir ve dalgalanma değerini okuyabilir. Dalgalanma faktörünü elde etmek için osiloskop okumasını formülde değiştirin.
Ölçüm yaparken aşağıdaki iki noktaya dikkat etmelisiniz (bu iki nokta özellikle ölçüm sonuçlarının doğruluğu için önemlidir):
(1) Dijital depolama osiloskobunun prob topraklama kablosu çıkarılmalı ve prob düzeneğindeki topraklama yaylı pimiyle değiştirilmelidir. Topraklama döngüsünün EMI gürültüsüne bağlanmasını önleyebilir ve ölçüm sonucunun hatalı olmasına neden olabilir.
Probun topraklama kablosu çok uzun ve döngü alanı çok büyük, alıcı bir anten oluşturuyor, yüksek frekanslı parazit veya EMI gürültüsü ölçülen sinyale bağlanacak.
(2) Dijital depolama osiloskopunun kendisinin ayarları yapması gerekir.
Dijital depolama osiloskopunun, güç kaynağından eklenen dağınıklığı daha fazla filtrelemek için iyi bir topraklamaya sahip olması gerekir; doğru akımı bloke etmek için dijital depolama osiloskobunun AC kuplajını kullanın, dalgalanma testini daha sezgisel ve doğru hale getirin;
Genel dalgalanma testi, frekansın 20 MHz'in altında sınırlandırılmasını gerektirir, bu nedenle dijital depolama osiloskopu, yüksek frekanslı gürültüyü izole etmek için 20 MHz bant genişliği sınırını açmalıdır.
Güç kaynağı dalgalanmasını bastırmak için 3 yöntem
Düzenlenmiş güç kaynağının çıkış voltajındaki dalgalanmayı bastırmak için genellikle dört yöntem vardır: RLC filtreleme yöntemi, ortak mod filtreleme yöntemi, ferrit manyetik halka filtreleme yöntemi ve üç yöntemin bir kombinasyonu.
DC-DC güç kaynağı dalgalanmasını bastırmak için filtre devresi, deneysel doğrulama yoluyla gösterilmiştir. Doğrulama deneyinde, 48V giriş ve 5V çıkışa sahip 100W DC-DC güç kaynağı seçilmiştir ve model, Meanwell'in SD-100C-5 modelidir.
Dijital depolama osiloskopu, GWINSTEK'in GDS-1072B'sini seçer, bant genişliği 70MHz, örnekleme hızı 1GSa/s ve her kanalın depolama derinliği 10M'dir.
Elektronik yük GWINSTEK'ten PEL{{0}}, voltaj aralığı 1,5V~150V, akım aralığı 0~35A ve güç 175W.
Bu hesaba göre devredeki akım 20A'dır. Şekil 3, güç dalgalanma testinin bağlantı blok diyagramıdır.
Güç kaynağı dalgalanmasını bastırma etkisini daha sezgisel ve belirgin hale getirmek için, SD-100C-5'nin filtre devresi önce kısa devre edilir ve çıkış voltajının dalgalanması ölçülür. Güç kaynağı dalgalanmasının kabaca 85.6mVpp olduğu ve etkin değerin 48.2mVrms olduğu elde edilebilir.
