مهار ریپل در منبع تغذیه سوئیچینگ
برای سوئیچینگ ریپل، هم در تئوری و هم در عمل باید وجود داشته باشد. معمولاً پنج راه برای سرکوب یا کاهش آن وجود دارد:
1. اندوکتانس و فیلتر خازن خروجی را افزایش دهید
طبق فرمول منبع تغذیه سوئیچینگ، نوسان جریان در سلف با مقدار اندوکتانس نسبت معکوس دارد و ریپل خروجی با مقدار خازن خروجی نسبت معکوس دارد. بنابراین افزایش مقدار سلف و مقدار خازن خروجی می تواند ریپل را کاهش دهد.
به طور مشابه، رابطه بین ریپل خروجی و ظرفیت خروجی: vripple=Imax/(Co×f). مشاهده می شود که افزایش مقدار خازن خروجی می تواند ریپل را کاهش دهد.
معمولا برای خازن های خروجی از خازن های الکترولیتی آلومینیومی برای دستیابی به ظرفیت زیاد استفاده می شود. با این حال، خازن های الکترولیتی در سرکوب نویز فرکانس بالا چندان مؤثر نیستند و ESR نسبتاً بزرگ است، بنابراین یک خازن سرامیکی به صورت موازی در کنار آن متصل می شود تا کمبود خازن های الکترولیتی آلومینیومی را جبران کند.
در همان زمان، هنگامی که منبع تغذیه سوئیچینگ کار می کند، ولتاژ Vin در ترمینال ورودی تغییر نمی کند، اما جریان با سوئیچ تغییر می کند. در این زمان، منبع تغذیه ورودی جریان را به خوبی تأمین نمی کند، معمولاً نزدیک به ترمینال ورودی جریان (به عنوان مثال نوع BucK، نزدیک SWITcH) را در نظر بگیرید، و یک خازن را به صورت موازی برای تأمین جریان وصل کنید.
تاثیر روش فوق در کاهش ریپل محدود است. به دلیل محدودیت حجم، اندوکتانس خیلی بزرگ نخواهد بود. اگر ظرفیت خروجی تا حد معینی افزایش یابد، تأثیر آشکاری در کاهش ریپل نخواهد داشت. افزایش فرکانس سوئیچینگ باعث افزایش تلفات سوئیچینگ می شود. بنابراین وقتی الزامات سختگیرانهتر باشد، این روش خیلی خوب نیست. برای اصل منبع تغذیه سوئیچینگ و غیره می توانید به انواع کتابچه راهنمای طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ مراجعه کنید.
2. فیلتر دو مرحله ای، یعنی اضافه کردن یک مرحله اضافی از فیلتر LC
فیلتر LC اثر سرکوب واضح تری بر موج نویز دارد. با توجه به فرکانس ریپلی که باید حذف شود، یک اندوکتانس و خازن مناسب برای تشکیل یک مدار فیلتر انتخاب می شود که به طور کلی می تواند ریپل را به خوبی کاهش دهد.
اگر نقطه نمونه برداری قبل از فیلتر LC (Pa) انتخاب شود، ولتاژ خروجی کاهش می یابد. از آنجایی که هر سلف دارای مقاومت DC است، هنگامی که جریان خروجی وجود داشته باشد، افت ولتاژ در سراسر سلف رخ می دهد و در نتیجه ولتاژ خروجی منبع تغذیه کاهش می یابد. و این افت ولتاژ با جریان خروجی تغییر می کند.
نقطه نمونه برداری بعد از فیلتر LC (Pb) انتخاب می شود تا ولتاژ خروجی ولتاژ مورد نظر ما باشد. اما این یک اندوکتانس و یک خازن در داخل سیستم قدرت معرفی می کند که ممکن است باعث ناپایداری سیستم شود. در مورد پایداری سیستم، اطلاعات زیادی معرفی شده است، بنابراین من در اینجا جزئیات نمی نویسم.
3. پس از تعویض خروجی منبع تغذیه، به فیلتر LDO متصل شوید
این موثرترین راه برای کاهش ریپل و نویز است، ولتاژ خروجی ثابت است و نیازی به تغییر سیستم فیدبک اصلی نیست، اما روشی با بالاترین هزینه و بیشترین مصرف برق است. هر LDO یک نشانگر دارد: نسبت دفع نویز. منحنی فرکانس-dB است.
برای کاهش ریپل. طرح PCB منبع تغذیه سوئیچینگ نیز بسیار حیاتی است که مشکل بسیار دشواری است. مهندسین PCB منبع تغذیه سوئیچینگ اختصاصی وجود دارد. برای نویز با فرکانس بالا، به دلیل فرکانس بالا و دامنه زیاد، اگرچه فیلتر کردن پس از مرحله تأثیر خاصی دارد، اما تأثیر آن مشخص نیست. تحقیقات خاصی در این زمینه وجود دارد و راه ساده آن اتصال خازن C یا RC یا سلف سری روی دیود است.
4. خازن C یا RC را روی دیود وصل کنید
هنگامی که یک دیود با سرعت بالا روشن و خاموش می شود، پارامترهای انگلی باید در نظر گرفته شوند. در طول دوره بازیابی معکوس دیود، اندوکتانس معادل و ظرفیت معادل به یک نوسانگر RC تبدیل میشود و نوسان با فرکانس بالا ایجاد میکند. برای سرکوب این نوسان فرکانس بالا، یک خازن C یا شبکه اسنابر RC باید به صورت موازی در سراسر دیود متصل شود. مقاومت عموماً 10Ω-100Ω و ظرفیت آن 4.7pF-2.2nF است.
مقدار خازن C یا RC متصل به موازات دیود را فقط از طریق آزمون و خطا می توان تعیین کرد. اگر به درستی انتخاب نشود، نوسانات جدی تری ایجاد می کند.
اگر الزامات نویز فرکانس بالا سخت باشد، می توان از فناوری سوئیچینگ نرم استفاده کرد. کتابهای زیادی برای سوئیچینگ نرم وجود دارد.
5. دیود توسط یک سلف (فیلتر EMI) دنبال می شود.
این نیز یک روش رایج برای سرکوب نویز فرکانس بالا است. با هدف فرکانس تولید نویز، انتخاب عنصر اندوکتانس مناسب نیز می تواند به طور موثری نویز را سرکوب کند. لازم به ذکر است که جریان نامی سلف باید الزامات واقعی را برآورده کند. روش نسبتا ساده به تفصیل توضیح داده نخواهد شد.
