Таласање напајања и коефицијент таласања
Главна функција напајања је да обезбеди електричну енергију за електронске производе, али напајање ће неизбежно довести до таласања, буке, итд., што ће смањити стабилност и поузданост електронског система, па чак и целог производа.
Мрешкање напона може у великој мери утицати на различита кола напајања, као што су кола А/Д конверзије, кола операционих појачала, кола филтера исправљача, итд. Уобичајене примене имају следеће опасности:
Генеришу нежељене хармонике, узрокујући пренапон или прекомерну струју да изазову незгоде; повећати додатне губитке и смањити ефикасност и искоришћеност електричне опреме;
Проузрокују ненормалан рад опреме, убрзавају старење и скраћују животни век; проузроковати неправилан рад или неисправан рад релејне заштите, аутоматских уређаја, рачунарских система и друге опреме;
Може изазвати одступања у мерним и мерним инструментима; ометају комуникационе системе, смањују квалитет преноса сигнала, па чак и оштећују комуникациону опрему.
Због тога је при пројектовању електронских производа неопходно прецизно измерити таласање и сузбити таласање у одређеном опсегу.
1 Таласање напајања и коефицијент таласања
Строго говорећи, регулисано напајање укључује четири дела: енергетски трансформатор, коло исправљача, коло филтера и коло за стабилизацију напона. Пошто се ДЦ-ДЦ такође може сматрати регулисаним напајањем, исправљачко коло, коло филтера и коло за стабилизацију напона сматрају се трима неопходним деловима регулисаног напајања [1].
Коло исправљача користи једносмерне проводне уређаје за претварање наизменичне струје у пулсирајућу једносмерну струју. Пулсирајућа једносмерна струја није глатка и садржи велику количину компоненти наизменичне струје.
Коло филтера користи компоненте за складиштење енергије да претвори пулсирајућу једносмерну снагу у релативно равну једносмерну снагу. Због различитих перформанси круга филтера, иако може да филтрира већину компоненти наизменичне струје, не може га у потпуности филтрирати.
Коло за стабилизацију напона након исправљања и филтрирања користи функцију подешавања кола да стабилизује излазни напон и смањи АЦ компоненту на минимум. Ова компонента наизменичне струје која се не може у потпуности филтрирати заједно са стабилним излазним напоном назива се таласни напон.
Да би се окарактерисале перформансе ДЦ регулисаног филтрирања напајања, уведен је концепт коефицијента таласа [2-3]. Коефицијент таласања ψ дефинисан је као процентуална вредност ефективне вредности таласног напона Вр и једносмерног излазног напона Во, односно:
Коефицијент таласања је важан индикатор за процену стабилног и чистог излаза једносмерног напајања. Према горњој формули, може се видети да је потребно измерити напон таласања да би се нашао коефицијент таласа.
2 Мерење таласа напајања
За прецизно мерење таласа напајања генерално су потребна два инструмента, наиме електронско оптерећење (Елецтрониц Лоад) и дигитални осцилоскоп за складиштење (ДСО).
Електронска оптерећења олакшавају подешавање струје и генерално се постављају у режим константног отпора (ЦР); дигитални осцилоскопи за складиштење могу директно ухватити цео талас таласа, сачувати, појачати и очитати вредност таласа. Замените очитавање осцилоскопа у формулу да бисте добили коефицијент таласања.
Приликом мерења морате обратити пажњу на следеће две тачке (ове две тачке су посебно важне за тачност резултата мерења):
(1) Жица за уземљење сонде дигиталног осцилоскопа за складиштење мора бити искључена и уместо тога се мора користити пин опруге за уземљење у склопу сонде. Може спречити спајање петљи уземљења са ЕМИ шумом, чинећи резултате мерења нетачним.
Жица за уземљење сонде је предугачка и подручје петље је превелико, формирајући пријемну антену и изазивајући сметње високе фреквенције или ЕМИ шум да се споје са измереним сигналом.
(2) Сам дигитални осцилоскоп за складиштење треба да прилагоди своја подешавања.
Дигитални осцилоскоп за складиштење треба да буде добро уземљен да би се додатно филтрирао шум који се додаје са краја извора напајања; користите АЦ спојницу дигиталног осцилоскопа за складиштење да блокирате једносмерну струју, чинећи тест таласања интуитивнијим и прецизнијим;
Опште тестирање таласа захтева да фреквенција буде ограничена испод 20МХз, тако да би осцилоскоп за дигитално складиштење требало да отвори ограничење пропусног опсега од 20МХз да би изоловао високофреквентни шум.
3 методе за сузбијање таласа напајања
Да би се сузбило таласање излазног напона регулисаног извора напајања, генерално се примењују следеће четири методе: РЛЦ метода филтрирања, метода филтрирања уобичајеног начина, метода филтрирања феритног магнетног прстена и комбинација три методе.
Коло филтера које потискује таласање ДЦ-ДЦ напајања је демонстрирано кроз експерименталну верификацију. У верификационом експерименту изабрано је 100В ДЦ-ДЦ напајање, 48В улаз, 5В излаз, модел СД-100Ц-5 компаније Меанвелл.
Дигитални осцилоскоп за складиштење бира ГВИНСТЕК-ов ГДС-1072Б, са пропусним опсегом од 70МХз, брзином узорковања од 1ГСа/с и дубином складиштења од 10М по каналу.
Електронско оптерећење је ПЕЛ{{0}} од ГВИНСТЕК-а, са опсегом напона од 1,5В~150В, опсегом струје од 0~35А и снагом од 175В.
Према овом прорачуну, струја у колу је 20А. На слици 3 приказана је блок дијаграм повезивања теста таласања напајања.
Да би ефекат потискивања таласања напајања био интуитивнији и очигледнији, прво кратко спојите коло филтера СД-100Ц-5 и измерите таласање његовог излазног напона. Из овога се може видети да је таласање напајања приближно 85,6 мВпп, а ефективна вредност је 48,2 мВрмс.
